علی آفتابی هرسینی

فریت‌های اسپینلی امروزه بسیار مورد توجه قرارگرفته‌اند، در میان فریت‌های اسپینلی گوناگون، نانوذرات فریت کبالت Co〖Fe〗_2 O_4) ) به دلیل ویژگی‌های ساختاری، نوری، الکتریکی، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیزوری و ابرخازنی خود در پانزده سال گذشته مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته‌اند. در این پایان‌نامه، تأثیر جانشانی منگنز به جای آهن بر ویژگی‌های ساختاری، مغناطیسی، نوری و ابرخازنی نانوذرات فریت کبالت Co〖Fe〗_(2-x) 〖Mn〗_x O_4 (5/0 و 3/0 و1/0 و 0/0 x=) مورد بررسی قرارگرفت. نانوذرات موردنظر به روش سل-ژل سنتزشده و ویژگیهای ساختاری آنها با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و آنالیز ریتولد مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج XRD نشان داد که تمامی نمونه‌ها دارای ساختار اسپینل مکعبی تکفاز هستند و با افزایش مقدار منگنز، ثابت شبکه و حجم سلول واحد افزایش می‌یابد. همچنین، آنالیز ریتولد بیانگر تغییر در توزیع کاتیونی و کاهش اندازه بلورک‌ها با افزایش میزان جانشانی منگنز بود. تصاویر SEM، تجمع ذرات با توزیع اندازه ذرات ناهمگن با اندازه‌هایی در محدوده 50 تا 200 نانومتر را نشان می‌دهند. تجمع در دانه‌ها به دلیل برهمکنش مغناطیسی بین نانوذرات مشاهده می‌شود. شکل نانوذرات تجمع‌یافته یکنواخت نیست. آنها عموماً شکل هندسی نامنظمی دارند و چندوجهی‌های نامنظمی تشکیل می‌دهند. این ساختارهای چندوجهی نامنظم می‌توانند نسبت سطح به حجم نانوذرات را افزایش داده و خواص الکتروشیمیایی نمونه‌ها را بهبود بخشند. طیف‌سنجی جذبی UV-Vis برای همه نمونه‌های Co〖Fe〗_2 O_4 آلایش شده با Mn، یک جابجایی به سمت قرمز را نشان می‌دهد. اندازه‌گیری‌های مغناطیسی نشان می‌دهد که همه نمونه‌ها پسماند مغناطیسی و وادارندگی را نشان می‌دهند که خاصیت فری‌مغناطیسی پودرهای تهیه‌شده را تأیید می‌کند. مقادیر به ‌دست ‌آمده برای میدان وادارندگی (H_c) و پسماند مغناطیسی (M_r) با افزایش غلظت آلایش از 0/0 تا 3/0 x=، افزایش یافته و سپس برای 5/0= x کاهش می‌یابند. ویژگی‌های الکتروشیمیایی نمونه‌ها با روش ولتامتری چرخه‌ای (CV) و آزمون‌های شارژ-دشارژ گالوانواستاتیک ارزیابی شد. نتایج نشان داد که جانشانی منگنز منجر به افزایش ظرفیت ویژه، چگالی انرژی و چگالی توان الکترودها می‌شود. بیشترین ظرفیت ویژه در نرخ اسکن mV/s5 برای نمونه با. 5/0= x برابر با 〖Fg〗^(-1) 25/12 بدست آمد که نسبت به نمونه فریت کبالت بدون آلایش 〖Fg〗^(-1) 44/8 افزایش 45 درصدی را نشان می‌دهد. افزون بر این، رفتار ولتامتری شبه‌خازنی نمونه‌های جانشانی شده، پایداری بهتری را در نرخ‌های اسکن بالا نشان داد. این نتایج نشان می‌دهد که جانشانی منگنز در ساختار فریت کبالت می‌تواند رویکردی مؤثر برای بهبود عملکرد الکتروشیمیایی الکترودهای ابرخازنی باشد.