Формирование 3d-металл-кислородных цепочек в тригональных каналах кристаллической решетки апатита как подход к созданию новых типов высокоанизотропных магнитных и электропроводных материаловНИР

Formation of 3d-metal-oxygen chains in the trigonal channels of the apatite crystal lattice as an approach to create new types of highly-anisotropic magnetic and conducting materials

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 6 апреля 2017 г.-31 декабря 2017 г. Формирование 3d-металл-кислородных цепочек в тригональных каналах кристаллической решетки апатита как подход к созданию новых типов высокоанизотропных магнитных и электропроводных материалов
Результаты этапа: Исследовано внедрение ионов меди в фосфаты щелочноземельных металлов со структурой гидроксиапатита с образованием твердых растворов состава M10(РO4)6(CuxOH1-x-d)2 в зависимости от температуры (М = Ca, Sr, Ba; T = 800 – 1400 °С), парциального давления кислорода (M = Ca, Sr) и парциального давления водяного пара (M = Ca). Установлено, что растворимость оксидов меди в апатитах с увеличением температуры существенно растет примерно до температуры плавления оксида меди(I), затем несколько падает в кальциевом и стронциевом апатите, и продолжает увеличиваться в бариевом апатите. Зависимости растворимости от парциального давления кислорода и паров воды менее выражены и носят сложный характер. Выявленные закономерности согласуются с ожидаемыми процессами легирования апатита оксидом меди, в результате которых происходит выделение молекулярного кислорода и паров воды. Определены условия формирования соединений с максимальным содержанием меди x (x = 0.58 для M = Ca и x = 0.67 для M = Sr, Ba). Установлено, что ионы меди внедряются только в тригональные каналы апатита, формально замещая протоны гидроксидных групп. В результате образуются как мономерные диоксокупрат-ионы, так и димерные триоксодикупрат-ионы. При этом средняя степень окисления меди немного превышает +1, что является необходимым условием для возникновения сильно анизотропных магнитных и электрофизических свойств. В окислительных условиях твердофазным методом синтезирован медьсодержащий стронциевый ванадат со структурой апатита, в каналах которого образуются медь-кислородные цепочечные фрагменты и который проявляет парамагнитные свойства, свидетельствующие о небольшом превышении степени окисления меди над +1.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Формирование 3d-металл-кислородных цепочек в тригональных каналах кристаллической решетки апатита как подход к созданию новых типов высокоанизотропных магнитных и электропроводных материалов
Результаты этапа: Отработаны методики синтеза и получены образцы фосфатов щелочноземельных элементов со структурой апатита с высоким содержанием меди. Методом рентгеновской дифракции на порошке уточнены кристаллические структуры. Установлено, что ионы меди находятся в тригональных каналах и образуют фрагменты медь-кислородных цепочек. Разработан метод синтеза и получены стронциевые и бариевые фосфаты со структурой апатита, легированные никелем. Установлено, что никель локализуется в тригональных каналах. Получен бариевый апатит с высоким содержанием никеля, приближающимся к теоретически максимальному значению. Медьсодержащие образцы проявляют слабый температурно-зависимый парамагнетизм, что свидетельствует о том, что часть меди находится в степени окисления выше +1. Никельсодержащие образцы обладают выраженными парамагнитными свойствами, которые можно отнести к изолированным ионам никеля(II) с большой величиной расщепления в нулевом поле. По-видимому, никель-кислородные цепочки не образуются. Вместе с этим при температурах ниже 5 K наблюдаются небольшие положительные величины на мнимой части восприимчивости, что может свидетельствовать о возникновении медленной релаксации намагниченности, связанной с сильной магнитной анизотропией. Проведены спектроскопические исследования образцов. Выявлены полосы колебаний переходный металл – кислород, а также полосы поглощения в видимой области, связанные с введенным d-металлом. Установлено, что полученные образцы при комнатной температуре являются изоляторами.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Формирование 3d-металл-кислородных цепочек в тригональных каналах кристаллической решетки апатита как подход к созданию новых типов высокоанизотропных магнитных и электропроводных материалов
Результаты этапа:

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".