Исследование методов синтеза наночастиц гексагональных ферритов, которое помогло установить, при каком из них получаемый материал обладает лучшими магнитными свойствами, провели вместе с коллегами из других научных учреждений ученые Московского физико-технического института, 26 сентября сообщает журнал МФТИ «За науку».

Наночастицы гексагональных ферритов представляют собой магнитные соединения оксидов железа с другими металлами. Их сложная структура имеет несколько видов, при этом установлено, что наилучшими электромагнитными свойствами обладают ферриты со структурой М-типа. Для улучшения характеристик таких материалов их легируют, заменяя атомы одних металлов на другие.

При этом выбор метода их синтеза и определение его оптимальных параметров является важной практической задачей, поскольку эти соединения используются при изготовлении постоянных магнитов, жестких дисков, микроволновых устройств и при лечении онкологии.

Физики МФТИ с коллегами создали новый материал такого типа с наночастицами меньшего размера, чем при использовании наиболее популярного метода. Материал при этом обладает улучшенными магнитными свойствами и может использоваться в магнитах и микроволновых устройствах.

Исследователи для синтеза гексагонального феррита бария с замещением атомами стронция использовали два метода: универсальный цитратный синтез и более популярный за его простоту — керамический.

При цитратном, иначе золь-гель, синтезе ученые растворяли соли железа, бария и стронция в растворе лимонной кислоты и выдерживали раствор в печи при 100 °С до образования геля. Далее уже этот гель нагревали и выдерживали, получая в результате порошок. Его, перемолов в ступке, прокаливали при 700 °С. Весь этот процесс синтеза ферритов занял не менее восьми часов.

Ученые также опробовали керамический метод синтеза. Для этого оксиды железа, бария и стронция спрессовали в таблетку и прокалили при температуре 1400 °С, что в два раза выше, чем требует цитратный метод. Большая температура привела к созданию более крупных частиц. Их средний размер составил 1000 нанометров в отличие от цитратного метода, при котором частицы имели размер всего 50 нанометров.

Оба метода привели к синтезу наночастиц феррита бария с замещением атомами стронция с формулой SrxBa₍₁₋x₎Fe₁₂O₁₉, где х — степень замещения атомов стронция по отношению к барию.

Исследователи изучили структуру полученных соединений и их магнитные свойства методами рентгеновского анализа, сканирующей электронной микроскопии и других. Часть исследований была выполнена в Челябинске, а часть в МФТИ.

Руководитель лаборатории полупроводниковых оксидных материалов МФТИ Денис Винник сообщил о результатах исследования: «Помимо разницы в размерах, частицы отличались и магнитными характеристиками. Так, нанозерна, которые мы получили цитратным методом, оказались менее подвержены размагничиванию».

При этом увеличение концентрации стронция приводило к незначительному росту (450 °С) температуры Кюри, при которой наночастицы теряют магнитные свойства, по сравнению с ферритом, полученным керамическим методом. Одновременно менялись и структурные параметры: увеличенное количество стронция приводило к увеличению коэффициента отражения в инфракрасном диапазоне, вызванного меньшей симметрии структуры.

«Использование методик инфракрасной и терагерцовой спектроскопии позволило, с одной стороны, наблюдать в спектрах полученных наночастиц все основные линии поглощения электромагнитного излучения, характерные для объемных гексаферритов, например изготовленных керамическим методом. Это означает, что переход на наноуровень не приводит к подавлению динамики решетки и связанных с ней свойств, то есть является подтверждением пригодности цитратного метода для синтеза наноматериалов этого структурного семейства», — пояснил ведущий научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ Михаил Таланов.

Исследователи установили также признаки структурного беспорядка, вызванного замещением бария на стронций в антикубооктаэдрах, образованных атомами кислорода. Структурный беспорядок служит одним из ключевых факторов, определяющих диэлектрический отклик этого важного класса функциональных материалов, отметил Таланов.

Таким образом, помог получить наночастицы феррита бария с, чем керамический.

Результаты исследования, которые доказали лучшие магнитные свойства феррита бария, полученного цитратным методом, ученые представили в статье «Магнитные и терагерцовые инфракрасные свойства твердых растворов нанодисперсного гексаферрита SrxBa₍₁₋x₎Fe₁₂O₁₉», опубликованной в журнале Crystals.