Синтез наночастиц катион-замещенных гексаферритов стронция с гигантской коэрцитивной силой и изучение природы их магнитотвердостиНИР

Synthesis of nanoparticles of cation-substituted strontium hexaferrites with giant coercivity and the study of the nature of their magnetic hardness

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 10 октября 2020 г.-30 сентября 2021 г. Синтез наночастиц катион-замещенных гексаферритов стронция с гигантской коэрцитивной силой и изучение природы их магнитотвердости
Результаты этапа: Путем отжига пористого прекурсора при температурах 900 – 1400 °С были получены частицы гексаферрита состава Sr1-x/12Cax/12Fe12-xAlxO19 (x = 4, 4.5, 5, 5.5, 6). С использованием метода синхротронной рентгеновской дифракции был исследован фазовый состав и кристаллическая структура образцов. Было показано, что при низких температурах отжига (900 – 1000 °С) содержание алюминия в фазе гексаферрита для всех составов ниже номинального. При этом в образцах присутствует примесь альфа-оксида железа, которая исчезает с повышением температуры отжига. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии с увеличением температуры отжига от 900 °С до 1400 °С средний диаметр частиц гексаферрита увеличивается с 170 нм до 3000 нм. По данным магнитометрии образцы гексаферрита с x = 4 – 5.5 характеризуются Стонер-Вольфартовской петлёй гистерезиса с отношением остаточной намагниченности к намагниченности насыщения равным примерно 0.5. Для наиболее диамагнитно разбавленного образца с x = 6 данное отношение оказывается значительно более низким. Коэрцитивная сила монотонно увеличивается с увеличением содержания алюминия в гексаферритах, при этом намагниченность насыщения снижается. Наивысшее значение коэрцитивной силы в 36 кЭ было зафиксировано для образца с x = 5.5, полученного при 1200 °С. Путем отжига при низкой температуре (900 °С) образца с x = 5.5 впервые был получен наногексаферрит с гигантским значением коэрцитивной силы, превышающим 20 кЭ. Согласно терагерцевой спектроскопии частота естественного ферромагнитного резонанса в гексаферритах возрастает с увеличением содержания алюминия с 160 ГГц для x = 4 до 270 ГГц для x =5.5. Последнее значение является рекордным среди всех известных материалов.
2 1 октября 2021 г.-30 сентября 2022 г. Синтез наночастиц катион-замещенных гексаферритов стронция с гигантской коэрцитивной силой и изучение природы их магнитотвердости
Результаты этапа: В данной работе с помощью современных физических методов было изучено влияние температуры обработки пористого прекурсора, полученного путем сгорания цитратно-нитратного расплава, на микроструктуру, особенности кристаллической структуры (степень замещения железа на алюминий, распределение частиц по химическому составу, распределение алюминия по кристаллографическим позициям железа), магнитостатические (петли гистерезисов) и магнитодинамические (естественный ферромагнитный резонанс) свойства гексаферритов М-типа составов Sr1-x/12Cax/12Fe12-xAlxO19 (x = 4, 4.5, 5, 5.5, 6). Было показано, что при температурах 900 – 1000 °С для всех составов образуются наночастицы гексаферритов, при более высоких температурах отжига до 1300 °С средний размер частиц составляет уже 300 – 500 нм, с дальнейшем увеличением температуры отжига частицы переходят в микронную область. С повышением температуры термической обработки до 1100 °С увеличивается доля алюминия в структуре гексаферрита, однако даже при 900 °С она составляет более 90% от номинальной. При этом происходит уменьшение параметров микронапряжений, что говорит об сужении распределения частиц по химическому составу. Также было показано, что распределение атомов алюминия по позициям железа не зависит от температуры отжига, и алюминий по большей части внедряется в позиции железа с нескомпенсированным магнитным моментом 2a и 12k, а в меньшей степени – в тригонально-бипирамидальное окружение 2b. Коэрцитивная сила максимальна при температуре отжига 1200 °С для гексаферритов всех составов. При более высокой температуре образуются многодоменные частицы с пониженной коэрцитивной силой. Впервые были получены наночастицы гексаферритов с коэрцитивной силой около 20 кЭ, что сопоставимо с таковой для единственного оксидного наноматериала с подобной магнитотвердостью на сегодняшний день – эпсилон-оксида железа, синтез которого крайне сложен. Было показано, что образцы проявляют резонансное поглощение электромагнитного изучения в субтерагерцовой области. Частоты естественного ферромагнитного резонанса определяются химическим составом гексаферритов и не зависят от их микроструктуры. Максимальная частота ЕФМР 270 ГГц была зафиксирована для образца x = 5.5, полученного при 1400 °С.

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".