|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Изучение формирования двойных перовскитов при термокристаллизации оксидных стёкол.НИР
Study of double perovskites formation by thermal crystallization of oxide glasses
- Руководитель НИР: Васильев А.В.
- Участники НИР: Анохин Е.О., Бабешкин К.А., Елисеев А.А., Зайцев Д.Д., Зыкин М.А., Королёв В.В., Трусов Л.А., Ульянов А.Н.
- Подразделение: Кафедра неорганической химии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2018 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-03-00888\16
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116012110193-8
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.19.41 Ферримагнетики
- 31.15.19 Химия твердого тела
-
Ключевые слова:
стеклокерамика, двойные перовскиты, нанокомпозиты, магнитные оксиды, магниторезистивные свойства
glass-ceramic, magnetic oxides, double perovskites, magnetoresistance -
Описание:
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы синтеза нанодисперсных частиц двойных перовскитов с высокой степенью кристалличности и композитов на их основе, обладающих эффектом КМС (колоссального магнитосопротивления). Перспективным путем формирования таких материалов является контролируемая кристаллизация магнитной фазы в многокомпонентном стеклообразном предшественнике. Предложенный метод, с одной стороны, позволяет формировать материал с микроструктурой, характеризующейся ансамблем проводящих ферромагнитных частиц разделенных тонкими диэлектрическими прослойками (с повышенным эффектом туннельного магнетосопротивления (ТМС)), а с другой,- может быть использован как способ получения монодисперсных нанокристаллических порошков двойных перовскитов как основа для создания широкого спектра магниторезистивных материалов. В ходе выполнения проекта будет исследовано стеклообразование в системах (CaO, SrO)-(Fe2O3, Cr2O3)-(MoO3, ReO3)-B2O3, изучена термокристаллизация стекол в различных атмосферах, исследованы основные функциональные характеристики композитов, такие как магнитосопротивление, электропроводность, магнитные свойства. Будут получены композиты с величиной магниточувствительности не менее 0,01 %/Э и туннельного магнитосопротивления не менее 11 %, определены особенности туннелирования носителей заряда между частицами манганита через полимерные диэлектрические барьеры. На основании анализа результатов проведенных исследований будут предложены пути создания композитов с оптимальными функциональными характеристиками.
-
Планируемые результаты:
Первый год: 1. Поиск склонных к стеклованию составов, пригодных для получения из них стеклокерамики, содержащей частицы двойных перовскитов составов A2BB`O6, где A - Ca или Sr, B - Fe или Cr, B` - Mo или Re. 2. Изучение термических эффектов наблюдаемых при кристаллизации. Определение оптимальной температуры термокристаллизации. Второй год: 1. Синтез магниторезистивных композитов с содержанием проводящей фазы от 70 до 20 % термообработкой стекол в контролируемых режимах, в том числе обладающих высокими значениями зависимости проводимости от приложенного магнитного поля в широком интервале температур. 2. Анализ зависимостей состав – режим термообработки – микроструктура -функциональные свойства, и в случае необходимости корректировка исходного состава. Третий год: 1. Выделение порошков двойных перовскитов из стеклокерамик. 2. Создание ориентированных ансамблей из частиц двойных перовскитов в водных средах и полимерных матрицах. 3. Интерпретация микроструктуры, фазового состава и магнитных характеристик стеклокерамики в зависимости от состава и режимов термообработки.
-
Научный задел:
Получены стекла ряда составов в системах SrO-La2O3-MnOx-B2O3 и SrO-La2O3-MnOx-SiO2, SrO-La2O3-MnOx-B2O3-SiO2. Изучены процессы фазообразования, происходящие при термической обработке стекол, микроструктура, магнитные и магниторезистивные свойства образующейся стеклокерамики. Магниторезистивные композиты были получены непосредственной кристаллизацией оксидного стекла впервые. Показано, что образцы формирующейся стеклокерамики характеризуются низкими величинами коэрцитивной силы и высокими значениями магнитосопротивления. Величина магнитосопротивления для композитов силикатной системы достигает 6.5 %, для боратной – 13.5 %, а для боратно-силикатной – 17 % при 77 К и напряженности магнитного поля 2 кЭ. Стеклокерамика состава La0.7Sr0.3MnO3 + 0.56SrB2O4 полученная отжигом при 900 °С демонстрирует магнетосопротивление в широком диапазоне температур, так при напряженности магнитного поля 1000 Э при комнатной температуре величина магнетосопротивления составляет 5.3 %, а при 77 K – 5.7 %. Подобных материалов в литературе не описано. Методом скоростной закалки расплава синтезированы оксидные стекла в системах SrO-Fe2O3-B2O3, SrO-Fe2O3-SiO2, SrO-Fe2O3-GeO2, SrO-Fe2O3-B2O3-SiO2, Na2O-SrO-Fe2O3-B2O3, SrO-Bi2O3- Fe2O3-B2O3, SrO-Fe2O3-Al2O3-B2O3. Изучена кристаллизация оксидных стекол и образование в них фазы гексаферрита в процессах термической обработки. Определены фазовый состав, микроструктура и магнитные свойства формирующихся стеклокерамических композитов. Определены условия формирования и получены пластинчатые однодоменные частицы гексаферрита толщиной от 3 нм до 500 нм и диаметром от 20 нм до 1 мкм.
- Добавил в систему: Васильев Александр Витальевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Изучение формирования двойных перовскитов при термокристаллизации оксидных стёкол. |
| Результаты этапа: На сегодняшний день в литературе не описано получение стеклокерамики на основе фаз двойных перовскитов. Наиболее изученными являются двойные перовскиты A2BMoO6 и A2BReO6 где A – щелочноземельный металл, B – Fe или Cr, поскольку они имеют температуры Кюри выше комнатной [1, 2] и по этой причине могут представлять интерес с практической точки зрения. Предлагаемые учеными методики синтеза чаще сводятся к твердофазному спеканию [3, 4], чаще с использованием золь-гель гомогенизации прекурсоров [5, 6], кроме того были получены монокристаллические образцы [7, 8]. Однако подобные методики приводят к образованию либо крупных кристаллитов с высокой степенью кристалличности, характеризующихся только КМС эффектом, либо сильно дефектных структур с широким распределением частиц по размерам и составу, обладающих низкими значениями ТМС. Путем решения проблемы повышения общей величины магнитосопротивления может быть получение упорядоченных структур на основе нанодисперсных фаз двойных перовскитов с высокой степенью кристалличности, обладающих эффектами КМС и ТМС. В тоже время, предыдущие исследования группы [9, 10] показывают, что магниторезистивные композиты на основе манганитов могут быть успешно получены непосредственной кристаллизацией оксидных стекол. Таким образом, представляется перспективным получение магниторезистивных стеклокерамических композитов на основе нанокристаллических фаз двойных перовскитов. В настоящей работе впервые предпринята попытка получения оксидных стекол и стеклокерамики и исследования фазовых соотношений в системе SrO-Fe2O3-MoO3-B2O3. Методом скоростной закалки расплава и последующей термообработки в смеси 95% Ar и 5 % H2 впервые получены образцы стеклокерамики содержащей фазу Sr2FeMoO6. Намагниченность насыщения стеклокерамики достигает 7 э.м.е./г. Показано, что получение целевой фазы возможно в широком интервале температур и составов стекол. 1. Vasala, S. perovskites: A review / S. Vasala, M. Karppinen // Progress in Solid State Chemistry 2015. – V. 43. – I. 1-2. – P. 1-36. 2. Serrate, D. Magnetoelastic coupling in double perovskites / D. Serrate, J.M. De Teresa, M.R.J. Ibarra et al. // Journal of Physics: Condensed Matter. –2007. – V. 19. – P. 436226-1-436226-10. 3. Zhong, W. Tunnelling magnetoresistance of double perovskite enhanced by grain boundary adjustment / W. Zhong, W. Liu, C.T. Au, Y.W. Du // Nanotechnology. – 2006. – V. 17. – P. 250-256. 4. Bharti, C. Electrical transport mechanism in a newly synthesized rare earth double perovskite oxide / C. Bharti, S. Chanda, T.P. Sinha // Physica B: Condensed Matter 2013. – V. 409. – P. 87-92. 5. Cernea, M. Preparation by sol-gel and solid state reaction methods and properties investigation of double perovskite / M. Cernea, F. Vasiliu, C. Plapcianu // Journal of the European Ceramic Society. – 2013 – V. 33. – I. 13-14. – P. 2483-2490. 6. Yuan, C.L. Enhanced intergrain tunneling magnetoresistance in double perovskite polycrystals with nanometer-scale particles / C.L. Yuan, S.G. Wang, W.H. Song et al. // Applied Physics Letters. 1999. – V. 75. – I. 24. – P. 3853-3855. 7. Moritomo, Y. Effects of B-site disorder in with double perovskite structure / Y. Moritomo, S. Xu, A. Machida et al. // Japanese Journal of Applied Physics. – 2001 – V. 40. – Part 2. – № 7A. – P. L672-L674. 8. Tomioka, Y. Magnetic and electronic properties of a single crystal of ordered double perovskite / Y. Tomioka, T. Okuda, Y. Okimoto et al. // Physical Review B. – 2000. – V. 61. – I. 1. – P. 422-430. 9. Vasiliev, A.V. Synthesis and properties of magnetoresistive -based glass-ceramic borate-matrix composites / A.V. Vasiliev, A.A. Eliseev, P.E. Kazin, Yu.D. Tret'yakov // Inorganic Materials. – 2011. – V. 47. – I. 6. – P. 670-673. 10. Vasil'ev, A.V. Magnetoresistive composites -PMMA / A.V. Vasil'ev, V.A. Vizgalov, L.A. Trusov et al. // Doklady Chemistry. – 2012. – V. 445. – № 1. – P. 137-139. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Изучение формирования двойных перовскитов при термокристаллизации оксидных стёкол. |
| Результаты этапа: В первый год выполнения проекта была проведена поисковая работа по нахождению состава шахты пригодного для получения оксидного стекла, предложены условия термообработки, приводящие к получению целевой фазы Sr2FeMoO6. С целью дальнейшего повышения содержания двойного перовскита была продолжена модификация составов в рамках системы Sr2FeMoO6•nSrB2O4, где n=0,7-4. Найдены оптимальные температуры термообработки и содержания водорода в восстановительной атмосфере. Были исследованы магнитные свойства стеклокерамики, электропроводность в приложенных магнитных полях, микроструктура и фазовый состав. Из стекла номинального состава Sr2FeMoO6•1SrB2O4 отжигом при 900С в атмосфере 95% Ar и 5% H2 была получена стеклокерамика с выходом целевой фазы от теоретического 21%. Отмыванием стеклокерамики в 3% растворе соляной кислоты и последующей магнитной сепарацией были получены порошки Sr2FeMoO6. Методом горячего прессования порошков двойного перовскита с ПММА были получены композиты с содержанием проводящей фазы от 95 до 50 %. У стеклокерамических композитов и композитов Sr2FeMoO6-ПММА были изучены магнитные и электропроводящие свойства, микроструктура. Было показано, что магнетосопротивление в стеклокерамике достигает 2,7%, а в композитах Sr2FeMoO6-ПММА до 6 % в при 77 К в полях до 17 кЭ. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Изучение формирования двойных перовскитов при термокристаллизации оксидных стёкол. |
| Результаты этапа: Методом скоростной закалки расплавов были получены образцы оксидных стекол. Отжигом оксидных стекол в восстановительной атмосфере были получены образцы стеклокерамики. Установлена взаимосвязь между исходным составом, условиями термообработки и свойствами стеклокерамики. Получены образцы магнеторезистивной стеклокерамики на основе фаз двойного перовскита, измерены полевые зависимости эффекта магнитосопротивления. Магнетосопротивление составляет до 2,7% в Поле 18 кЭ. Получены композиты Sr2FeMoO6-ПММА с магнетосопротивлением до 6% | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".