ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Цель проекта: разработать стратегию получения наночастиц гекаферрита стронция М-типа с частичным замещением катионов с коэрцитивной силой более 20 кЭ и частотами естественного ферромагнитного резонанса выше 150 ГГц и установить факторы, определяющие высокую магнитотвердость данных материалов.
The problems in the modern market of rare-earth magnets and the limited scope of their application require the search for new and improvement of already well-known magnetic materials. Hard magnetic ferrites (CoFe2O4 and ε-Fe2O3) with particle sizes ranging from several to tens of nanometers are a good candidate for a series of modern applications. However, the instability of their magnetic properties with temperature and the difficulties associated with the synthesis of such materials do not allow satisfying the needs of the industry. Application of nanoparticles of M-type hexaferrites with increased magnetic hardness could solve this problem. Most recently, the authors of the project for the first time in the world obtained cation-substituted strontium hexaferrite with a record high (giant) coercive field and frequency of ferromagnetic resonance, the particle sizes of which amounted to several hundred nanometers. The logical continuation of this is the present project aimed at developing a method for producing an order of magnitude smaller particle size of hexaferrite of similar composition and establishing factors that determine the magnitude of their coercivity. The project involves the production of single-domain hexaferrite nanoparticles with a coercivity of more than 20 kOe and frequencies of natural ferromagnetic resonance in excess of 150 GHz, the study of the morphology, crystal structure and magnetic properties of the obtained materials, the establishment of relationships between the features of the crystal structure and microstructure of the materials and the magnetic properties of the samples using calculations of magnetocrystalline anisotropy energy and micromagnetic modeling. Such nanosized hexaferrites can be demanded in a wide range of modern applications of magnetic materials: as media for magnetic recording with high density and reliability, as filters for sub-terahertz electromagnetic radiation, as materials for ultra-high-frequency devices, for hard magnetic probes in magnetic force microscopy, as dispersion phase in magnetic colloidal solutions for the directed design of nanostructures, as a magnetically hard phase for fabrication of exchange-coupled permanent magnets with high magnetic energy, and also as carriers of drugs for targeted drug delivery.
грант РФФИ |
# | 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. |
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".