دراسة مقارنة بين أنظمة زجاج البوروسيليكات المحتوية على السيريوم والحديد: الخصائص التركيبية والمغناطيسية
الكلمات المفتاحية:
بوروسيليكات، العناصر الأرضية النادرة، المعادن الانتقالية، التركيب، الخصائص المغناطيسيةالملخص
تناولت هذه الدراسة مقارنة بين الخصائص البنيوية والمغناطيسية لزجاج البوروسيليكات المعدل بإضافة أكسيدين مختلفين. وُجد أن كثافة هذه السلسلة الزجاجية تزداد في نطاق 2.49-2.95 جم/سم³، بالتزامن مع ازدياد الحجم المولي للزجاج، وذلك مع زيادة أكاسيد السيريوم والحديد. وقد فُسرت النتائج بشكل أساسي بناءً على اختلاف الدور البنيوي الذي يلعبه كل من أكسيد السيريوم وأكسيد الحديد في النظامين الزجاجيين. يتميز أكسيد السيريوم بقدرة عالية على إزالة ذرات الأكسجين غير الرابطة من الشبكة الزجاجية، ويعمل بشكل رئيسي كمُكوِّن للزجاج في معظم مناطق التركيز. في المقابل، يلعب أكسيد الحديد الثلاثي (Fe₂O₃) دور المُعدِّل الرئيسي للزجاج في منطقة التركيز المنخفض، ويعمل كمُكوِّن رئيسي للشبكة الزجاجية عند التركيز العالي. تمّت دراسة الخصائص المغناطيسية باستخدام مقياس المغناطيسية (VSM) عند درجة حرارة الغرفة تحت تأثير مجال مغناطيسي يتراوح بين -20000 و20000 غاوس. أظهرت عينات الزجاج المدروسة تغيرات ملحوظة في سلوكها المغناطيسي مع دمج كلا الأكسيدين في نظام زجاج البوروسيليكات. وكشفت النتائج عن رصد إشارات مغناطيسية حديدية في معظم العينات المدروسة، ويعزى استجابتها المغناطيسية إلى عاملين رئيسيين: انتظام بنية الشبكة وتركيز حالات الأكسدة المختلفة لأكاسيد الحديد والسيريوم. علاوة على ذلك، لوحظت زيادة ملحوظة في المغنطة عند أعلى تركيز لأكسيد الحديد الثلاثي (10 مول%) في نظام الزجاج، يشير هذا إلى وجود ارتباط قوي بين الخصائص البنيوية والمغناطيسية لنظام زجاج البوروسيليكات الحديدي. يُعزى هذا التحسن إلى المحتوى العالي من الحديد، الذي يُقلل المسافة بين أيونات Fe+³ مما يُعزز التفاعلات المغناطيسية. عند تركيزات عالية من Fe₂O₃، تُصبح روابط Fe–O–Fe هي السائدة، مما يُعزز تفاعلات التبادل الفائق بين أيونات Fe+³ المتجاورة. ونتيجةً لذلك، يُمكن وصف الاستجابة المغناطيسية بالسلوك الفيرومغناطيسي.
