1. Mangetization study of nanosize $CoFe_2O_4$ particles prepared by a microemulsion method
Nanophase cobalt iron hydroxide carbonate complex was synthesized in an inverse microemulsion system. The complex was used as a precursor to make cobalt ferrite. The average size of cobalt ferrite particle can be controlled by the ratio $R = [H_2O]/[AOT]$ and showed the range of 3.8 to 6.5 nm. The characteristics of the final ferrite paricles were investigated using X-ray diffractometer(XRD), transmission electron microscope(TEM), and energy dispersive x-ray spectrometer(EDX).
The magnetic properties of the particle were also measured with a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer. The saturation magnetization was increased with the particle size. The ferrite sample with the average particle size of 6.5 nm showed the largest saturation mangetization of 31.7 emu/g.
2. Magnetization and M&Oumi;ssbauer study of cobalt ferrite particles from nanophase cobalt iron carbonate
Nanosize $CoFe_2O_4$ particles prepared by a microemulsion method have been investigated by X-ray diffractometry, transmission electron microscopy, SQUID magnetometry and M&Oumi;ssbauer spectroscopy. All peaks of X-ray diffraction patterns can be attributed to a cubic spinel structure with the lattice constant $a_0 = 8.397 Å. The average size of the particles, determined by transmission electron microscopy, is 49 Å. The coercivity and the maximal magnetization measured at 5 K in an applied magnetic field of 50 kOe is 15.1 kOe and 15.2 emu/g, respectively. In the same field of 50 kOe, the measured blocking temperature is about 35 K. Superparamagnetic behavior of these particles around room temperature is confirmed by the coincidence of the magnetization (M) versus an applied magnetic field (H/T) plots for different temperatures and the M&Oumi;ssbauer spectra.
3. Structure and magnetic properties of partially-inverted zinc ferrite particles
Ultrafine powders of Zn-ferrite with an average particle size of 8.9 nm and inversion parameter of 0.28 were synthersized. Zinc iron hydroxide carbonate complex powders by the microemulsion procedure were calcined in air at 330℃, than zinc ferrite powders were obtained. The materials were characterized by x-ray diffractometry, transmission electron microscopy, SQUID magnetometry and M&Oumi;ssbauer spectrometry. The magnetic sate of the calcined samples is best described as disordered and highly dependent on temperature. The coercivity measured at 5 K is 750 Oe and the maximal measured magnetization is 55.4 emu/g. The magnetic hysteresis loops observed at 5 K were caused by a result of the relatively strong coupling between A and B sites.
1. 마이크로 에멀전법에 의한 초미립 코발트 페라이트의 합성
마이크로에멀전법으로 코발트 페라이트의 전구 물질인 나노크기의 수산화 탄산코발트형 화합물을 만들었다. 이 물질의 크기는 역 마이크로에멀젼에서 반응기구인 수포의 크기에 의해 조절되며, 그 수포는 금속염이 용해되어 있는 수용액과 계면활성제인 AOT의 농도비에 의해 결정된다. 만들어진 전구물질은 약 330℃에서 약 6시간 동안 소결하여 스핀넬 구조의 코발트 페라이트를 제조하였다. 평균 직경이 3.8nm에서 6.5nm인 범위 내에서의 임의 크기로 코발트 페라이트를 만들 수 있었다. 최종적으로 얻은 페라이트의 결정구조는 XRD로 확인 한 결과 스핀넬 구조를 갖는 것으로 확인되었고, 전구물질과 소결하여 얻은 페라이트의 양상은 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 결과 거의 구형을 이루고 있었다. 소결체가 갖는 코발트와 철의 비를 분석하기 위하여 TEM에 부착되어 있는 에너지 분산형 X-선 분석기를 사용하여 그 비를 계산한 결과 $Co_{0.99}Fe_{1.01}O_4$의 화학식을 얻었다. Squid로 합성한 시료들의 초기 자화도를 측정한 결과 실온에서 평균 크기가 6.5nm인 페라이트가 가장 높은 31.7 emu/g의 포화 자화도값을 갖는 것으로 나타났다.
2. 마이크로에멀젼법으로 합성한 나노 크기의 코발트 페라이트의 자기특성과 뫼쓰바우어 분광학적 연구
마이크로에멀젼법으로 평균 크기가 4.9nm인 코발트 페라이트를 합성하였다, 최종적으로 얻은 페라이트는 XRD를 사용하여 결정구조를 분석한 결과 격자상수 $a_0$ = 8.397 Å인 육방체의 스핀넬 구조를 갖는 것으로 확인되었다. 이 화합물은 실온에서는 초상자성의 자기적 특성을 보여주나, 초저온인 5 K 에서는 50 kOe 자기장을 걸어줄 때 보자력을 갖는 것으로 나타났다. 보자력 값은 15.1 kOe의 값을 갖고, 포화 자화도 값은 15.2 emu/g을 갖는 것으로 측정되었다. 그러나 이 포화 자화도 값은 주어진 50 kOe의 자기장에서도 포화가 되지 않아 외삽법으로 구한 값이다. 이 시료에 대한 뫼쓰바우어 스펙트럼을 얻은 결과, 120 K 근처에서부터 6개의 봉우리의 중간 높이에서의 너비는 기존의 입자가 큰 코발트 페라이트에 비해서 크게 넓게 나타났다. 봉우리의 넓힘 현상은 여러 가지 요인에 기인하나 시료의 초상자성에 의한 요인도 있는 것으로 파악되었다.
3. 혼합 스핀넬 구조를 갖는 아연페라이트의 구조와 자기적 특성
아연페라이트는 화학식으로 $(Zn)[Fe_2]O_4$을 가지며, 결정구조는 정스핀넬의 구조를 갖는다. 즉 아연(II)은 사면체의 A 영역에만 존재하고, 철(Ⅲ)은 팔면체의 B 영역에만 존재하는 것으로 알려져 왔다. 그러나 최근 들어 합성하는 방법에 따라서 아연과 철의 위치 바뀌는 현상이 나타나는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 아연페라이트의 전구물질로 마이크로에멀젼법으로 합성한 수산화탄산아연철의 전구물질을 사용하였다. 전구물질을 330℃에서 6시간 동안 소결하여 최종 아연페라이트를 얻었다. 소결된 것을 전자현미경으로 측정하였을 때 평균 직경이 89Å인 것으로 측정되었으며, XRD 분석결과 스핀넬 구조를 갖는 것으로 나타났다. 아연페라이트는 닐-온도 이하에서는 반자성이면서 그 이상의 온도에서는 상자성의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 그런데 아연과 철의 위치가 일부 혼합되면서 상이한 자기적 특성을 보여준다. 본 연구에서 합성한 아연페라이트의 화학식은 $(Zn_{0.72}Fe_{0.28})$ $[Zn_{0.28}Fe_{1.72}]O_4$로 얻어졌다. 이는 뫼쓰바우어 스펙트럼에 나타난 $^{53}Fe$의 두가지 봉우리, 즉 사면체에 위치해 있을 때의 신호 및 팔면체에 위치해 있을 때에 나타나는 신호를 분리하고, 그 면적 크기를 적분하여, 그 혼합 비율을 구하였다. 이와 같은 혼합구조의 아연페라이트는 상온에서는 초상자성을 보이지만 5 K에서는 보자력을 갖는 것으로 나타났다. 50 kOe의 자장을 걸어 자기이력곡선을 얻은 결과 이 시료는 750 Oe의 보자력을 갖는 것으로 측정되었다. 그러나 5 K에서 50 kOe의 자기장이 걸려도 포화는 되지 않으며, 외삽법으로 계산한 결과 55.4 emu/g의 포화 자화도 값을 갖는 것으로 분석되었다.
