На фото: Феррита бария стронция / © Crystals / Пресс-служба МФТИ. Исследователи МФТИ и Южно-Уральского госуниверситета сумели синтезировать материал на основе феррита бария стронция с помощью технологии на основе ного низкотемпературного способа. Примененная технология позволила получить частицы меньшего размера, нежели чем при применении наиболее распространенного метода синтезирования таких материалов. Помимо этого, созданный материал обладает улучшенными магнитными свойствами. Синтезированный материал найдет применение при производстве магнитов, а также в различных микроволновых технических системах. Результаты проведенной научной работы опубликованы в журнале Crystals. Рассмотрим полученный материал более детально. Гексагональные ферриты представляют собой магнитные материалы на основе оксидов железа с другими металлами.
Они обладают сложной структурой и могут быть представлены в нескольких различных видах, среди которых выделяются ферриты М-типа,которые имеют оптимальные электромагнитные свойства.
Для улучшения характеристик эти материалы легируют, заменяя атомы одних металлов на другие. Новые соединения применяют в постоянных магнитах, жестких дисках, микроволновых устройствах и даже при лечении опухолей. Помимо состава, на свойства влияет способ получения материала: от него зависят структура и размер наночастиц ферритов. Выбор метода синтеза и определение его оптимальных параметров — важная практическая задача для создания соединений с необходимыми характеристиками.
В новой работе физики из МФТИ с коллегами использовали универсальный цитратный синтез для исследования структурных и магнитных свойств гексагонального феррита бария с замещением атомами стронция. Также ученые получили этот материал керамическим способом для сравнения характеристик наночастиц.
Чтобы приготовить ферриты цитратным методом, или золь-гель синтезом, ученым понадобились соли металлов (бария, стронция, железа), лимонная кислота, вода, печь и ступка. Сначала соли растворяли в растворе кислоты, после этого раствор выдерживали в печи при 100 °С до образования геля. Затем сам гель нагревали и выдерживали. В итоге получали порошок, который перемалывали в ступке и прокаливали при 700 °С. Весь процесс готовки ферритов занимал не менее восьми часов.
Керамический метод более простой и популярный: понадобилось спрессовать соединения оксидов металлов в таблетку и прокалить. Но при этом температура прокаливания была выше — 1400 °С. Из-за большей температуры средний размер частиц составил 1000 нанометров (при цитратном методе — 50 нанометров).
В обоих методах материаловеды получили наночастицы феррита бария с замещением атомами стронция, его формула — SrxBa(1−x)Fe12O19, где х — степень замещения атомов стронция по отношению к барию. Затем состав соединений и магнитные свойства изучали при помощи рентгеновского анализа, сканирующей электронной микроскопии и других методов. Часть исследований проводили в Челябинске, часть — в Долгопрудном.
Денис Винник, руководитель лаборатории полупроводниковых оксидных материалов МФТИ, рассказал: «Помимо разницы в размерах, частицы отличались и магнитными характеристиками. Так, нанозерна, которые мы получили цитратным методом, оказались менее подвержены размагничиванию».
С ростом концентрации стронция специалисты наблюдали незначительный рост температуры Кюри (вплоть до 450 °С) по сравнению с объемным ферритом, при которой наночастицы теряли магнитные свойства. Также менялись структурные параметры. Наличие стронция приводило к увеличению коэффициента отражения в инфракрасном диапазоне из-за меньшей симметрии структуры.
«Использование методик инфракрасной и терагерцовой спектроскопии позволило, с одной стороны, наблюдать в спектрах полученных наночастиц все основные линии поглощения электромагнитного излучения, характерные для объемных гексаферритов, например изготовленных керамическим методом. Это означает, что переход на наноуровень не приводит к подавлению динамики решетки и связанных с ней свойств, то есть является подтверждением пригодности цитратного метода для синтеза наноматериалов этого структурного семейства. С другой стороны, нами установлены признаки структурного беспорядка, вызванного замещением бария на стронций в так называемых антикубооктаэдрах, образованных атомами кислорода. Возникновение структурного беспорядка является одним из ключевых факторов, определяющих диэлектрический отклик этого технически значимого класса функциональных материалов», — прокомментировал Михаил Таланов, ведущий научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ.
Таким образом, цитратный синтез помог получить наночастицы феррита бария с лучшими магнитными свойствами, чем керамический.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Автор: Ирина Усик
Источник: https://scientificrussia.ru/
Источник фото: ria.ru
