낮은 보자력은 많은 비용 및 자원 이점을 나타내지 만 응용 관점에서 매우 풍부한 희토류 (RE:La, Ce)를 포함하는 RE-Fe-B 영구 자석의 주요 단점입니다. 이 작업에서 산업용 혼합 희토류 합금(RE100 =La30.6 Ce50.2 Pr6.4 Nd12.8 ) 후-어닐링을 동반한 기계적 합금을 통해 RE-Fe-B 영구 자석을 제조하기 위해 더 풍부한 원소를 다량으로 채택했습니다. Dy2와 공동 도핑 후 보자력을 향상시키는 시너지 효과가 관찰되었습니다. O3 및 Ca, 7wt.% Dy2의 공동 도펀트 백분율에 대해 보자력이 2.44 kOe에서 11.43 kOe로 증가함 O3 + 2.3 중량% Ca. 상 성분 및 미세 구조 분석을 통해 Dy 원자의 일부가 RE2의 매트릭스에 들어가는 것으로 결정되었습니다. Fe14 자기결정성 이방성을 향상시키는 B상; Dy2에 대한 Ca의 환원 효과로 인해 O3 , Dy-rich RE2의 나노결정 Fe14 B는 매트릭스 전체에 존재하여 도메인 벽 이동에 대한 저항을 증가시킬 수 있습니다. 이는 RE 원소가 풍부하게 함유된 RE-Fe-B 자석의 보자력 향상의 주된 요인입니다.
<섹션 데이터-제목="배경">La 및 Ce와 같은 매우 풍부한 희토류 원소는 희토류 자원의 비용을 절감하고 사용을 보존하기 위해 희토류 영구 자석을 제조하는 데 사용되었습니다[1,2,3,4,5]. 그럼에도 불구하고 La 및 Ce 농도가 높은 영구자석은 2:14:1 위상 La2의 자기결정 이방성 때문에 성능이 크게 저하됩니다. Fe14 B 및 Ce2 Fe14 B는 Nd2보다 훨씬 낮습니다. Fe14 B 대응 [6]. 지금까지 대부분의 연구는 Nd-Fe-B 기반 자석에서 Nd를 La와 Ce로 대체하는 데 집중되었습니다[7,8,9,10,11,12,13,14]. 이러한 영구 자석의 성능은 미세 구조를 조정하여 훨씬 향상될 수 있습니다. 또한, 중희토류 원소(Dy 또는 Tb)로 도핑하는 것은 보자력 및 열 안정성을 향상시켜 자기 성능을 향상시키는 데 매우 유용한 방법이라고 널리 보고되었습니다[15, 16]. Nd2의 보자력과 열적 안정성이 모두 보고되었습니다. Fe14 B형 자석은 Dy70로 도핑하여 강화할 수 있습니다. Cu30 [17, 18] 또는 Dy80 알20 [19]. 보자력의 증가는 2wt.% Dy70에 대해 4.4 kOe 및 9.0 kOe였습니다. Cu30 [18] 및 4중량% Dy80 알20 [19] 샘플, 각각. 잘 알려진 바와 같이, 이러한 무거운 희토류 합금은 훨씬 더 비쌉니다. 따라서 순수한 중 희토류 금속 또는 합금이 도펀트로 선택되면 La-Ce-Fe-B 기반 영구 자석의 비용 이점이 줄어들 수 있습니다. 따라서 산화물 형태의 중희토류 원소(Dy 또는 Tb)의 저가 화합물을 사용하여 순수한 중희토류 금속 또는 합금의 강화 효과에 부합하는 경로를 찾는 것이 가치가 있을 것입니다. 사실, 산화물을 추가하면 높은 저항으로 인해 자석의 고주파 동작을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.
최근 Nd2와 같은 고성능 희토류 영구자석을 제조하기 위해 희토류 산화물의 Ca 환원을 통한 환원-확산 공정이 널리 연구되고 있다. Fe14 B- 및 Sm2 Fe17 N x - 기반 자석 [20, 21]. 이 작업에서 값싼 산업용 희토류 합금(RE100 =La30.6 Ce50.2 Pr6.4 Nd12.8 ) 풍부한 원소를 다량 함유한 원료를 채택하였다. 다이2 O3 고가의 순수 중희토류나 이들의 금속합금보다 자기성능을 향상시키기 위해 중희토류 원소 Dy의 전구체로 활용되었다[15,16,17,18,19]. 또한 Ca는 Dy2의 유익한 효과를 촉진하기 위해 공동 도핑되었습니다. O3 Dy2 사이의 환원 반응을 통해 O3 및 Ca. 풍부한 희토류 원소 La 및 Ce의 농도가 80at.%보다 높은 자석에 대해 11.43kOe의 높은 보자력이 달성되었습니다. 이 연구는 희토류 산화물을 사용하여 희토류 영구 자석의 자기 특성 향상을 강화하기 위해 Ca 환원 효과를 사용하는 손쉬운 방법을 제안합니다.
La 및 Ce가 풍부한 산업용 희토류(RE) 합금(RE100 =La30.6 Ce50.2 Pr6.4 Nd12.8 , 99.5wt.%, 이 작업에서는 RE로 표시됨), 철(99.9 wt.%), 철-붕소 합금(99.5 wt.%), 공칭 조성 RE13.6 Fe78.4 B8 아크가 녹았습니다. 녹은 합금은 가루로 부서졌습니다. 고순도 아르곤으로 채워진 글로브 박스에서 분말은 1:16의 분말-볼 질량 비율로 직경 12mm의 강구를 포함하는 경화된 강철 바이알에 밀봉되었습니다. 다이2 O3 입자 크기가 약 100μm인 Ca 분말을 첨가했습니다. 볼 밀링은 5시간 동안 회전 속도가 700rpm인 고에너지 볼 밀을 사용하여 수행되었습니다. Dy2의 영향을 조사하기 위해 O3 자기 특성에 대한 Ca 도펀트, 2.3wt.% Ca(샘플은 MC로 표시됨), 3wt.% Dy2 O3 (샘플은 M3D로 표시됨), 7wt.% Dy2 O3 (샘플은 M7D로 표시됨) 및 공동 도펀트 2.3wt.% Ca 및 7wt.% Dy2 O3 (샘플은 M7 DC로 표시됨) 밀링 전에 각각 추가되었습니다. 도펀트가 없는 순수한 RE-Fe-B 샘플을 RM으로 표시했습니다. 그 후, 밀링된 분말을 진공 환경(1.3 × 10 -3 이상)에서 10분 동안 620–780°C에서 어닐링했습니다. 아빠). MSAL-XD2 모드 X선 회절 기기(Cu-Kα, λ =0.15406nm). 히스테리시스 루프는 실온에서 LakeShore 7404 모델 진동 샘플 자력계(VSM)를 사용하여 측정했으며, 이 경우 샘플 분말은 에폭시 수지를 사용하여 직경 2mm, 길이 4mm의 실린더로 응고되었습니다. 0.28의 실험적으로 결정된 감자 계수 [22]. 저온 및 고온에서의 자기 성능은 Quantum Design Versa-lab 및 DynaCool 물리적 특성 측정 시스템(PPMS)으로 특성화되었습니다. JEM-2100F 투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 미세 구조 관찰을 수행했습니다.
상 성분을 특성화하기 위해 700°C에서 어닐링된 샘플을 선택했습니다. 그림 1은 열처리된 샘플의 X선 회절(XRD) 패턴을 보여줍니다. 모든 샘플은 주로 RE2로 구성되었습니다. Fe14 B 매트릭스 위상 [5, 6]. Dy2 도핑 후 격자 변화를 연구하기 위해 37°에서 45°까지 느린 스캔을 수행했습니다. O3 및 Ca(그림 1b 참조). 격자 매개변수, a 및 c , 및 세포 부피(그림 1c)는 그림 1b의 XRD 패턴 측면에서 Jade 소프트웨어에 의해 평가되었습니다. 결과는 단일 도펀트로서의 Ca가 2:14:1 위상 결정 셀의 명백한 수축을 유발했으며, 이는 Ca 금속 반경이 Fe의 값보다 훨씬 크기 때문에 희토류 원소를 Ca로 대체했음을 나타냅니다. [23]. 다이2 O3 도펀트 역시 결정 셀의 수축을 유발하여 Dy가 2:14:1 상으로 진입함을 시사합니다. Dy2가 증가함에 따라 O3 내용, 격자 매개변수의 더 낮은 값을 나타내는 셀 수축이 심각해졌습니다. Dy2가 있는 샘플에 대해 O3 공동 도펀트로서의 Ca, 약 0.0048(nm 3 )의 총 부피 수축 )는 2wt% Ca(0.0008nm 3 ) 값의 합보다 높았습니다. ) 및 7중량% Dy2 O3 (0.0032nm 3 ) 단일 도펀트로, Ca가 2:14:1 위상으로 더 많은 Dy 진입으로 인해 수축을 촉진함을 의미합니다.
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아 700°C에서 열처리된 샘플의 XRD 패턴 ㄴ 37°에서 45°까지 느린 스캔으로 확대된 XRD 패턴; ㄷ 격자 매개변수 a , c , 및 샘플의 세포 부피
샘플의 열 자기 거동을 조사하여 2:14:1 매트릭스 위상에서 도펀트 점유를 더욱 명확히 했습니다. 그림 2는 700°C에서 어닐링된 샘플의 자화 변화를 300~700K의 온도 함수로 보여줍니다. 여기에서 자기 모멘트를 포화시키기 위해 2T의 자기장이 가해졌습니다. 샘플을 가열하면 퀴리 온도(T C ). 그림 2에 표시된 것처럼 T C Dy2로 도핑한 후 551.5에서 557.3 K로 약간 증가했습니다. O3 , 그러나 Ca 도펀트를 사용하여 551.5K에서 564.5K로 크게 증가했습니다. T가 약간 더 증가합니다. C Ca 및 Dy2와 공동 도핑 후 564.5에서 566.1 K로 O3 . 이러한 특징은 XRD 결과와 일치하며 Dy 또는 Ca가 2:14:1 위상의 격자로 들어가는 것을 나타냅니다. 또한 스핀 재배향 온도가 도펀트에 따라 일관되게 변하는 것으로 관찰되었습니다(데이터는 여기에 표시되지 않음).
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300K ~ 700K의 온도에 따른 샘플의 자화 변화
그림 3은 700°C에서 어닐링된 샘플의 일반적인 자기 히스테리시스 루프를 보여줍니다. 보자력은 증가했고 도펀트가 있는 경우 포화 자화는 감소했습니다. 어닐링 온도에 대한 보자력의 의존성은 그림 4에 나와 있습니다. Ca 도핑으로 모든 샘플의 보자력이 약간 향상되었습니다. 다이2 O3 도펀트는 보자력 개선에도 도움이 되었습니다. 7wt.% Dy2로 도핑 시 O3 , 샘플이 700°C에서 어닐링되었을 때 보자력이 2.44에서 7.65 kOe로 증가했습니다. 단일 도펀트로서의 2.3wt.% Ca는 보자력의 큰 향상에 기여하지 않았지만(약 1.2 kOe), Dy2 O3 및 공동 도펀트로서의 Ca는 그림 4와 같이 각 개별 도펀트의 총 효과(약 6.3kOe)보다 보자력(약 9.1kOe)의 더 큰 향상을 야기했습니다.
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700°C에서 열처리된 샘플의 실온 자기 성능 검은색 화살표는 강력한 도메인 고정 영역을 나타냅니다.
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어닐링 온도에 따른 샘플의 보자력
가장 높은 보자력을 나타내는 700°C에서 어닐링된 공동 도핑된 샘플이 그림 1 및 2에 표시된 것처럼 미세 구조 관찰을 위해 선택되었습니다. 5 및 6. 그림 5a는 나노결정 구조를 나타내는 명시야 TEM 이미지를 나타냅니다(삽입:해당하는 선택된 영역 회절 패턴). 또한 매트릭스 내부에 일부 거친 입자가 포함되어 있습니다. 화학 정보를 감지하기 위해 스캐닝 TEM(STEM) 모드가 선택되었습니다. 그림 5는 샘플에 점을 찍는 어두운 거친 입자가 나타나는 STEM 이미지를 나타냅니다. 에너지 분산 분광법(EDS) 분석을 통해 표 1에 나열된 것처럼 어두운 거친 입자가 다른 영역에 비해 Dy 및 Ca의 높은 분율을 포함함을 나타낼 수 있습니다. 산소 및 붕소의 함량은 표에 포함되어 있지 않습니다. 1 라이트 요소에 대한 EDS 정확도가 낮기 때문입니다. 원소 화학의 추가 특성화는 그림 6과 같이 하나의 거친 입자를 따라 EDS에서 점 검출하여 수행되었습니다. 그림 6b는 검출된 각 부위의 원소 농도를 나타냅니다. Ce와 La가 적게 포함된 Dy가 풍부한 영역이 있음이 분명합니다.
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아 RE13.6의 명시야 TEM 이미지 Fe78.4 B8 7wt.%Dy2 포함 O3 및 2.3 중량% Ca 공동 도펀트(삽입:선택된 영역 회절 패턴); ㄴ 어두운 거친 입자를 보여주는 STEM 이미지
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아 RE13.6에서 EDS에 의한 포인트 감지 Fe78.4 B8 7 wt.%Dy2와 함께 도핑된 샘플 O3 및 2.3 중량% Ca, 및 b 검출된 각 부위의 원소 농도
그림 5와 같이 Ca 또는 Dy2를 도핑하여 보자력을 높일 수 있습니다. O3 . 공동 도펀트 Ca 및 Dy2 O3 각각의 단일 도펀트 단독에 비해 강력한 개선을 제공합니다. 공동 도핑된 샘플의 초기 자기 곡선은 그림 3의 화살표로 표시된 것처럼 핵 생성과 자벽 고정의 혼합 메커니즘을 나타냄을 알 수 있습니다. 적용된 자기장이 5kOe 미만일 때 초기 자기 곡선 공동 도핑된 샘플은 핵 생성 모드의 기능을 나타냅니다. 외부 자기장이 5kOe보다 높으면 자구의 역전이 어려워져 자벽 피닝의 특징을 보인다. 미세구조 관찰에서 Dy 원소의 농도가 높은 조대립(그림 5, 6)이 있었으며, 이는 높은 자기결정 이방성으로 인해 Pinning site로 작용할 수 있다.
XRD 분석에 따르면 Ca로 도핑하면 a -axis 매개변수 및 확장된 c -axis 매개변수, Dy2로 도핑하는 동안 O3 a 모두 축소 그리고 c 축 매개변수(그림 1c). a의 수축 그리고 c 공동 도펀트가 있는 샘플에 대해 축 매개변수가 발생했습니다. Pearson의 금속 반경 Dy(0.1773nm)는 La(0.1877nm), Nd(0.1821nm) 및 Pr(0.1828nm)보다 작습니다[23]. 따라서 RE2 단위 셀의 수축 Fe14 B는 Dy의 양이 증가함에 따라 발생합니다. Ca는 큰 금속 반경(0.1773 nm)으로 인해 RE 원자를 대체하는 것을 선호하여 [23] c -축 매개변수. 그럼에도 불구하고 RE2의 세포 부피 Fe14 B는 a의 수축으로 인해 감소했습니다. Ca로 도핑한 후의 -축 매개변수. 7wt.% Dy2의 샘플과 대조 O3 , a의 수축 및 c a의 수축보다는 Ca를 추가 도핑한 후에 나타났다. Ca 단일 도핑의 경우와 같이 매개변수만 사용합니다.
이전에 보고된 바와 같이 고에너지 기계적 밀링은 부분적으로 비정질 합금을 일으키고 상대적으로 낮은 온도에서 포스트 어닐링 동안 밀링된 합금에서 재결정화 거동이 발생했습니다[22]. 표준전극전위[24]에 따르면 Ca(−2.868V)는 본 연구에 포함된 희토류 원소보다 전위가 낮고 Dy(−2.295V)는 희토류 원소 중 전위가 가장 높다. 화학적 전위차를 이용하여 희토류 영구자석의 제조에서 Ca와 희토류 산화물 사이의 환원-확산 과정이 발생하였다[20, 21]. 따라서 Ca와 Dy2 사이에 환원 반응이 일어날 것입니다. O3 기계적 밀링 및 포스트 어닐링 중. 환원된 Dy 원자는 RE2의 재결정화에 참여할 수 있습니다. Fe14 B 단계는 Ca가 Dy의 자체 입구보다는 2:14:1 매트릭스로의 입구를 향상시킬 수 있음을 시사합니다. 또한, 이 국부적 환원 반응은 원소의 확산과 이동성을 촉진하여 그림 1과 그림과 같이 거친 입자를 형성할 수 있습니다. Ca 및 Dy 함량이 높은 5 및 6. 따라서 2:14:1 위상에서 더 많은 Dy로 인한 자기결정 이방성의 상당한 증가로 인해 co-dopants에 대한 보자력이 크게 향상되었습니다. 미량 CaO를 제거할 수 있다면 더 나은 자기 성능도 기대할 수 있습니다.
RE2의 보자력 Fe14 B 기반 영구 자석, 매우 풍부한 희토류 원소(RE100)의 산업용 혼합 합금에서 나오는 RE 함량 =La30.6 Ce50.2 Pr6.4 Nd12.8 ), Dy2 도핑을 통해 2.44 kOe에서 11.43 kOe로 크게 향상되었습니다. O3 및 Ca. 격자 매개변수의 변화에 기초하여 Ca는 Dy2에 대한 감소 효과로 인해 Dy가 2:14:1 위상으로 진입하는 것을 촉진한다고 추론할 수 있습니다. O3 . 이 연구는 매우 풍부한 희토류 원소가 고농축된 고 보자력 영구 자석을 제조하는 방법을 제안합니다.
나노물질
초록 헤민은 강력한 철분 보충제입니다. 헤민의 적용 가능성의 주요 제한 사항은 매우 낮은 수용해도와 생체 이용률입니다. 이 연구의 목적은 용해도가 향상된 헤민 나노 입자를 제조하는 것입니다. 전달 전자 현미경 이미지는 초기 농도가 다른 헤민 나노 입자를 보여줍니다. hemin의 (0.1 및 0.5 mg/mL)는 각각 올챙이 모양(약 200 nm의 머리와 100 nm의 꼬리)과 구 모양(50–100 nm)이었습니다. 더욱이, 헤민 나노입자는 유리 헤민보다 더 높은 용해도를 나타내었다. 구형 나노입자의 용해도는 25 °C에서 순수한
초록 복잡한 형태와 높은 광촉매 활성을 가진 하이브리드 나노구조의 제조는 이러한 입자가 매우 높은 준비 기술을 요구하고 항상 실용적이지는 않기 때문에 어려운 도전입니다. 여기에서, 계층적 꽃과 같은 Au@CdS-CdS 나노입자(Au@CdS-CdS 나노플라워)가 단계적 방법을 사용하여 합성되었습니다. Au@CdS-CdS 나노플라워는 Au 코어, CdS 쉘 및 CdS 나노로드로 구성됩니다. Au@CdS-CdS 나노플라워의 UV-Vis 흡수 범위는 전체 가시 범위(400–760 nm)를 포함하는 최대 850nm에 이릅니다. Au@CdS
