Grzegorz Ziółkowski 15.02.2013 r. 1. Zakres pracy Głównym

Grzegorz Ziółkowski
15.02.2013 r.
1. Zakres pracy
Głównym celem prowadzonej pracy badawczej jest zbadanie wpływu strukturalnego
i magnetycznego nieporządku na magnetyczne i inne właściwości nanokrystalicznych stopów
objętościowych na bazie żelaza. W ramach prowadzonych badań przewidziano wykonanie
serii próbek stopów typu Fe-Nb-B-RE (RE – ziemia rzadka) za pomocą techniki odsysania
próżniowego z wykorzystaniem różnych parametrów technologii. Otrzymywane stopy zostały
przebadane pod kątem właściwości magnetycznych i strukturalnych. Równolegle do prac
doświadczalnych rozwijane są także modele teoretyczne oraz narzędzia numeryczne służące
symulacji i analizie wyników w celu lepszego zrozumienia zjawisk zachodzących w badanych
materiałach.
Prowadzone badania powinny przyczynić się do zwiększenia zastosowań nanokrystalicznych
materiałów objętościowych na bazie żelaza o niewielkiej (w porównaniu do współcześnie
stosowanych) ilości domieszki ziemi rzadkiej w dziedzinie „twardych” magnesów trwałych.
2. Przeprowadzone badania (w okresie od 01.10.2011 – 15.02.2013)
W ramach pierwszego roku studiów doktoranckich wykonano szereg prac związanych
z technologią oraz analizą właściwości magnetycznych nanokrystalicznych objętościowych
stopów na bazie żelaza. W części doświadczalnej dokonano rozwoju aparatury wytwarzania
stopów metodą odsysania próżniowego oraz przygotowano szereg serii stopów z rodziny
(Fe80Nb6B14)1-xREx dla RE= Tb, Er, Gd, Nd o różnym udziale domieszki ziemi rzadkiej w
zakresie od 4 do 20 procent atomowych i zmiennej średnicy (rysunek 1 prezentuje
przykładowe wyniki badań dla RE = Tb) [2, 4]. Wytworzone stopy zostały wnikliwie
przebadane pod kątem właściwości magnetycznych oraz strukturalnych z wykorzystaniem
różnych technik pomiarowych w tym spektroskopii Mössbauera podczas miesięcznego stażu
na Uniwersytecie du Maine w Le Mans (Francja). Równolegle, rozpoczęto pracę nad
stworzeniem modelu oraz narzędzi analizy tzw. czasowych efektów procesu magnesowania,
które obserwowane są w stopach będących przedmiotem badań. Omawiane zjawisko
wymagało samodzielnego rozwoju specjalistycznych metod numerycznych (m.in. Simulated
Annealing oraz Particle Swarm Optimization) i posłużyło głębszym studiom ewolucji
komponentów magnetycznych zawartych w najbardziej obiecującej grupie próbek (rysunek 2
przedstawia wyniki przykładowej analizy) [3].
oraz
Rysunek 2. Rozkłady czasów relaksacji
namagnesowanie nasycenia Ms dla rodziny
magnetycznej dla rodziny stopów typu
stopów typu (Fe80Nb6B14)1-xTbx uzyskanych
(Fe80Nb6B14)1-xTbx uzyskane algorytmem
metodą odsysania próżniowego [4].
Symulowanego Wyżarzania [3].
Rysunek
1.
Pole
koercji
Hc
W szczególności, w bieżącym (trzecim) semestrze podjęto następujące prace:
1. Kontynuowano badania wpływu średnicy formy odlewniczej na własności najbardziej
obiecującej grupy stopów (Fe80Nb6B14)1-xTbx. Przygotowano szereg nowych próbek
o średnicach d= 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm oraz x = 0.1, 0.11, 0.12. Na bazie
uzyskanych wyników, przygotowano publikację do druku.
2. Podjęto przygotowana do dokładniejszych badań strukturalnych oraz właściwości
mechanicznych otrzymywanych stopów z udziałem mikroskopów typu AFM, MFM
oraz mikroskopu Kerra.
3. Przygotowano szereg nowych stopów typu (Fe80Nb6B14)1-xPtx dla x = 0.15, 0.3, 0.4
z wykorzystaniem form odlewniczych o średnicach d= 0.5mm, 1mm, 1.5mm, 2mm.
Otrzymane próbki zostały przebadane pod kątem właściwości magnetycznych za
pomocą Magnetometru SQUID.
4. Rozpoczęto prace nad przygotowaniem modelu teoretycznego oraz specjalistycznego
oprogramowania w celach symulacji i lepszego zrozumienia procesów magnesowania
zachodzących w wytwarzanych stopach.
5. Przygotowano dwie nowe publikacje będące w trakcie recenzji [5, 6].
3. Publikacje własnych wyników badań w omawianej tematyce
[1] A.Chrobak, G.Haneczok, G. Chełkowska, A. Kassiba, G. Ziółkowski, „Numerical
analysis of superparamagnetic clusters” Phys. Stat. Sol.(a) 208, No. 11, 2692–2698
(2011) (okładka).
[2] G.Ziółkowski, N.Randrianantoandro, A.Chrobak, J.Klimontko, M.Kądziołka-Gaweł,
G.Haneczok, Influence of transition and rare earth elements on magnetic properties of
Fe-Nb-B-M (M=Ni, Ag, Gd, Tb) bulk nanocrystalline alloys. Acta Physica Polonica A,
No. 5-6, Vol. 121 (2012).
[3] G. Ziółkowski, A. Chrobak, N.Randrianantoandro, G. Chełkowska, Numerical
analysis of time dependent effects in bulk nanocrystalline hard magnets. Solid State
Phenomena 194 (2012) 62-66.
[4] Chrobak, G. Ziołkowski, N. Randrianantoandro, J.Klimontko, G. Haneczok. Phase
structure and magnetic properties of Fe–Nb–B–Tb type of bulk. Journal of Alloys and
Compounds 537 (2012) 154–158.
Obecnie w trakcje recenzji:
[5] „G. Ziółkowski, A. Chrobak, J. Klimontko. Phase structure and magnetic properties
of Fe-Nb-B-Nd type of bulk nanocrystalline alloys. Solid State Phenomena”
[6] “A. Chrobak, J. Klimontko, M. Kubisztal, G. Haneczok, G. Ziółkowski, A. Kachel.
Effect of ball milling on structure and magnetic properties of Fe-Mb-B-Tb bulk
nanocrystalline alloys. Solid State Phenomena, Trans Tech Publications”.
Ponadto, wyniki badań prezentowano na konferencjach:
 The European Conference: Physics of Magnetism 2011, 27.06-01.07.2011 Poznań,
Polska.
 Synthesis of hybrid organic-inorganic nanoparticles for innovative nanostructured
composites, 28.02-02.03.2011 Neapol, Włochy.
 SCTE2012 18th International Conference on Solid Compounds of Transition
Elements. 31.03-05.04.2012. Lizbona, Portugalia.
 Conference on Applied Crystallography, 02-06.09.2012 Targanice, Polska
 I ogólnopolska konferencja studentów i doktorantów pt. „Pomiędzy naukami – zjazd
fizyków i chemików”, 05.10.2012, Chorzów, Polska (wystąpienie ustne).