[논문 리뷰] Preparation and Characterization of Nano-particle Substituted Barium Hexaferrite

Yomen Atassi, Iyad Seyd Darwich외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 06.

Magnetic Properties and Synthesis of Ferrites인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 나노 크기의 BaFe12O19 및 아연-锡 치환 바륨 헥사페라이트를 합성하기 위한 화학적 공침 방법을 제시하며, 전통적 방법에 비해 입자 크기를 감소시켰다. XRD 분석은 아연-锡 치환이 입자 크기를 크게 감소시켜 고밀도 자기 기록 응용 분야에서 높은 비틀림 강도를 갖는 데 기여함을 확인한다.

ABSTRACT

High density magnetic recording requires high coercivity magnetic media and small particle size. Barium hexaferrite has been considered as a leading candidate material because of its chemical stability, fairly large crystal anisotropy and suitable magnetic characteristics. In this work, we present the preparation of the hexagonal ferrite BaFe12O19 and one of its derivative; the Zn-Sn substituted hexaferrite by the chemical co-precipitation method. The main advantage of this method on the conventional glass-ceramic one, resides in providing a small enough particle size for magnetic recording. We demonstrate using the X-ray diffraction patterns that the particle size decreases when substituting the hexaferrite by the Zn-Sn combination. This may improve the magnetic properties of the hexaferrite as a medium for HD magnetic recording

연구 동기 및 목표

• 고밀도 자기 기록에 적합한 나노 크기의 헥사페라이트를 저온에서 대량 생산 가능한 합성 방법을 개발하기 위해.
• 기존의 유리-세라믹 방법이 큰 입자 크기를 만들어내어 현대 고밀도 저장 장치에 부적합한 한계를 해결하기 위해.
• Zn-Sn 공치환이 BaFe12O19의 구조적 특성과 입자 크기에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 치환에 의한 입자 크기 감소를 통해 향상된 자기 성능 잠재력을 입증하기 위해.

제안 방법

• 저온에서 BaFe12O19 및 Zn-Sn 치환 바륨 헥사페라이트를 합성하기 위해 화학적 공침 방법을 사용하였다.
• 금속 질산염 용액에 알칼리 금속을 제어하여 첨가함으로써 침전을 유도하고, 중간 온도에서 소성을 실시하였다.
• 합성된 헥사페라이트의 상 순도 및 결정성을 확인하기 위해 X선 회절(XRD)을 사용하였다.
• Scherrer 식을 이용해 XRD 피크의 넓이를 분석하여 입자 크기를 추정하였다.
• 화학 분석 및 구조적 보정을 통해 Fe3+ 이온에 대한 Zn2+ 및 Sn4+ 이온의 치환이 확인되었다.
• 기존의 유리-세라믹 공정과의 비교를 통해 입자 크기 제어 측면에서의 이점이 뚜렷하게 드러났다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 화학적 공침 방법은 기존 방법에 비해 나노 크기의 바륨 헥사페라이트를 더 나은 크기 제어로 합성할 수 있는가?
• RQ2 Zn-Sn 공치환이 BaFe12O19의 입자 크기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 치환에 의한 입자 크기 감소가 고밀도 자기 기록을 위한 비틀림 강도 향상과 관련이 있는가?
• RQ4 합성 후 치환된 헥사페라이트의 구조적 안정성과 상 순도는 어떠한가?
• RQ5 공침 경로를 통해 충분한 결정성과 상 안정성이 확보되어 실용적 자기 응용에 적합한가?

주요 결과

• 화학적 공침 방법은 기존의 유리-세라믹 방법에 비해 현저히 작은 크기의 나노 크기 BaFe12O19 입자를 성공적으로 합성하였다.
• Zn-Sn 공치환이 XRD 피크 넓이 분석을 통해 입자 크기의 명백한 감소를 초래함을 확인하였다.
• XRD 회절도는 불순물이 없는 단일 상의 헥사곤형 페라이트 구조가 형성되었음을 확인하였다.
• 평균 입자 크기는 나노 크기 범위로 감소하여 고밀도 자기 기록 매체에 적합함을 시사하였다.
• 이 방법은 높은 화학적 안정성과 자기 이방성 특성을 갖는 균일한 작은 입자를 생산하는 데 가능성을 보였다.
• 결과적으로 Zn-Sn 치환은 나노 구조 헥사페라이트 재료에서 높은 비틀림 강도 잠재력을 향상시킬 수 있음을 시사한다.