Химия и химические технологии

К.х.н. Гырдасова О.И., д.х.н. Базуев Г.В., к.х.н. Чупахина Т.И.

Институт химии твердого тела

Уральского отделения Российской Академии наук, Российская Федерация

Получение наноразмерных ферритов Ni_0.75Zn_0.25Fe_2-хLn_хO₄

(Ln – Nd, Lu, Ib, Gd, Dy) методом СВС

Интерес к ферритам со структурой шпинели обусловлен магнитными характеристиками соединений данного класса, которые в равной мере определяются типом допирующей примеси и способом синтеза, от которого зависит размер кристаллитов и наличие поверхностных кислородных дефектов [1]. Выбранный СВС метод синтеза образцов Ni_0.75Zn_0.25Fe_2-хLn_хO₄ базируется на термообработке компактной смеси нитратов соответствующих металлов и лимонной кислоты (C₆H₈O₇) при стехиометрическом соотношении реагентов, соответствующем реакции получения, например, состава Ni_0.75Zn_0.25Fe_1.975Ln_0.025O₄:

0.75Ni(NO₃)₂ + 0.25Zn(NO₃)₂ + 1.975Fe(NO₃)₃ + 0.025Ln(NO₃)₃ + 3.5(HOOCCH₂)₂C(OH)COOH → Ni_0.75Zn_0.25Fe_1.975Ln_0.025O₄ + 21CO₂↑ + 14H₂O + 4N₂ ↑

Стехиометрическую смесь реагентов помещали в термостойкий стакан, смачивали дистиллированной водой и добавляли концентрированную азотную кислоту, в количестве, необходимом для переведения их в нитраты. Смесь упаривали до желеобразного состояния, затем температуру повышали до начала саморазвивающегося процесса (T ≈ 100^oС). О начале реакции СВС свидетельствовало бурное выделение газообразных продуктов. После возгорания смеси объем образца резко увеличивался, превращаясь в тонкодисперсную губчатую массу темно-коричневого цвета. Данный способ позволяет получить образца материалов в высоко- и нанодисперсном состоянии [2].

По данным растровой электронной микроскопии (РЭМ) все продукты реакции (1) имеют высокопористое губчатое строение и представляют собой рыхлые агломерат, состоящие из наночастиц (рис. 1).

а	б
Рис.1. РЭМ изображение продуктов СВС реакции: Ni0.75Zn0.25Fe1.975Nd0.025O4 (a), Ni0.75Zn0.25Fe1.975Ib0.025O4

При увеличении температуры отжига образцов до 900⁰С наблюдается укрупнение агломератов, спекание частиц, количество пор значительно уменьшается. Из снимка на рис 2. видно, что составляющие агломераты частицы имеют неправильную форму с оплавленными краями. Средний размер кристаллитов для всех синтезированных соединений составляет 80 - 90 нм. (рис. 2).

Согласно данным РФА область гомогенности однофазных образцов со структурой кубической шпинели лежит в интервале 0 ≤ х ≤ 0.05. Примесной фазой при значениях х > 0.05 является феррит LnFeO₃ (рис. 2).

Поверхность таблетки образца состава Ni_0.75Zn_0.25Fe_1.975Ib_0.025O₄, приготовленной отжигом продукта реакции (1) при 1000^оС в течение 8 ч, с предварительным двухчасовому отжигом при 900^оС с промежуточным перетиранием, приведена на рис. 3. На всей поверхности таблетки трещин и пор не наблюдается, что характерно для высокоплотной керамики.

а	б
Рис.3. РЭМ изображение образца Ni0.75Zn0.25Fe1.975Ib0.025O4: а- прокаленного при 900^0; б – таблетки, полученной при 1000^0С

Проведены измерения магнитных характеристик всех синтезированных ферритов со структурой шпинели. Установлено значительное повышение ферромагнитной температуры Кюри по сравнению с недопированными ферритами.

Литература:

1. Hafiz M.I. Abdallah at al. Magnetic properties of nanosized Mg_0.5.Mn_0.5(Re)_0.1Fe_1.9O₄ ferrites synthesized by glycol-thermal method. // J. Magnetism and magnetic materials 317 (2012) 389

2. Корнева А.А., Красильников В.Н., Шкерин С.Н., Гырдасова О.И., Липилин А.С., Никонов А.В., Ремпель А.А. Способ получения кислородпроводящей керамики на основе галлата лантана. // Патент № 2387055