Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами

Синтезированы и исследованы методами дилатометрии и электронной микроскопии 3 стекла системы Na₂O—B₂O₃—SiO₂ с добавками Fe₂O₃. Стёкла подвергнуты тепловой обработке для получения двухфазных стёкол, из которых могут быть получены нанопористые стёкла с магнитными свойствами. Синтезовано та досліджено...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Дата:2011
Автори: Столяр, С.В., Анфимова, И.Н., Дроздова, И.А., Антропова, Т.В.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74479
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами / С.В. Столяр, И.Н. Анфимова, И.А. Дроздова, Т.В. Антропова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 433-440. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859848245152317440
author Столяр, С.В.
Анфимова, И.Н.
Дроздова, И.А.
Антропова, Т.В.
author_facet Столяр, С.В.
Анфимова, И.Н.
Дроздова, И.А.
Антропова, Т.В.
citation_txt Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами / С.В. Столяр, И.Н. Анфимова, И.А. Дроздова, Т.В. Антропова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 433-440. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description Синтезированы и исследованы методами дилатометрии и электронной микроскопии 3 стекла системы Na₂O—B₂O₃—SiO₂ с добавками Fe₂O₃. Стёкла подвергнуты тепловой обработке для получения двухфазных стёкол, из которых могут быть получены нанопористые стёкла с магнитными свойствами. Синтезовано та досліджено методами дилятометрії й електронної мікроскопії 3 скла системи Na₂O—B₂O₃—SiO₂ з домішками Fe₂O₃. Стекла піддано тепловому обробленню для одержання двофазних стекол, з яких можуть бути одержаними нанопористі стекла з магнетними властивостями. Three glasses of the Na₂O—B₂O₃—SiO₂ system with Fe₂O₃.additives are synthesized and investigated by dilatometric and electron-microscopy analyses. Glasses are subjected to heat treatment in order to obtain two-phase glasses that can be used to produce nanoporous glasses with magnetic properties.
first_indexed 2025-12-07T15:39:47Z
format Article
fulltext 433 PACS numbers:61.43.Fs, 61.43.Gt,65.60.+a,68.37.Lp,75.50.Kj,81.05.Kf, 81.05.Rm Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами С. В. Столяр, И. Н. Анфимова, И. А. Дроздова, Т. В. Антропова Институт химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН, наб. Макарова, 2, 199034 Санкт-Петербург, Россия Синтезированы и исследованы методами дилатометрии и электронной мик- роскопии 3 стекла системы Na2O—B2O3—SiO2 с добавками Fe2O3. Стёкла под- вергнуты тепловой обработке для получения двухфазных стёкол, из кото- рых могут быть получены нанопористые стёкла с магнитными свойствами. Синтезовано та досліджено методами дилятометрії й електронної мікрос- копії 3 скла системи Na2O—B2O3—SiO2 з домішками Fe2O3. Стекла піддано тепловому обробленню для одержання двофазних стекол, з яких можуть бути одержаними нанопористі стекла з магнетними властивостями. Three glasses of the Na2O—B2O3—SiO2 system with Fe2O3 additives are synthe- sized and investigated by dilatometric and electron-microscopy analyses. Glasses are subjected to heat treatment in order to obtain two-phase glasses that can be used to produce nanoporous glasses with magnetic properties. Ключевые слова: нанопористые стекла, двухфазные стекла, Fe2O3, ди- латометрия, электронная микроскопия. (Получено 18 ноября 2010 г.) 1 ВВЕДЕНИЕ Одной из самых распространенных систем, применяемых для полу- чения нанопористых стекол (НПС), является система Na2O—B2O3— SiO2 (НБС) [1]. Структура и свойства НПС зависят от фазовой структуры исход- ных двухфазных стекол, информацию о которой можно получить, в том числе, и по результатам дилатометрических исследований. Бла- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 2, сс. 433—440 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 434 С. В. СТОЛЯР, И. Н. АНФИМОВА, И. А. ДРОЗДОВА, Т. В. АНТРОПОВА годаря экспериментам с различными составами НБС стекол было выяснено, что при наличии в системе Na2O—B2O3—SiO2 добавок дру- гих оксидов, таких, например, как Fe2O3, PbO, Al2O3 и т.д. реологи- ческие свойства (коэффициент линейного термического расширения и температура стеклования) варьируются. Кроме того, изменяются и другие свойства, например, при добавлении в НБС систему оксида железа Fe2O3 стекла приобретают магнитные свойства. В настоящее время такие стекла достаточно широко известны и находят приме- нение в различных областях [1]. Однако сведения о реологических свойствах силикатных стекол с добавкой железа в литературе крайне ограничены, а в случае НБС стекол практически отсутствуют. Дан- ная работа посвящена дилатометрическим исследованиям стекол си- стемы Na2O—B2O3—SiO2—Fe2O3 с целью направленного выбора опти- мальных составов базовых стекол и режимов их тепловой обработки, пригодных для создания НПС с магнитными свойствами. Систематические данные по исследованию структуры и физико- химических свойств НБС стекол с добавлением оксида железа (III) отсутствуют, а имеющиеся работы носят единичный характер. Па- тенты [2, 3] посвящены способам изготовления пористых стекол, содержащих кристаллы Fe и обладающих магнитными свойствами. Базовые составы содержат Na2O и/или K2O, Fe2O3, B2O3 и SiO2. Раз- личные оксиды также добавлены в небольших количествах – в сумме не больше 15 масс.%: Al2O3, CaO, MnO, CdO, Li2O, PbO, MgO, P2O5, ZnO, NiO, CoO, Cr2O3, V2O5, MoO3, TiO2 и ZrO2. Магнитооптические кварцоидные стекла отличаются от обычных магнитооптических стекол, получаемых, как правило, на основе ма- локремнеземных или бескремнеземных стекол с высоким содержа- нием щелочных оксидов и борного ангидрида, высокой термостойко- стью и высокой химической стойкостью, что позволяет использовать их в условиях тропического климата в приборах, работающих на эф- фекте Фарадея [4]. Также следует упомянуть, что пористые стекла, обладающие магнитными свойствами, используются в биологии в качестве носителей для антител, энзимов и других протеинов. Это связано с тем, что при необходимости отделения этих частиц от носи- теля можно использовать действие магнитного поля, которое эффек- тивней, чем обычное центрифугирование [2, 3]. В работе исследовались процессы фазового разделения в системе Na2O—B2O3—SiO2—Fe2O3 с помощью дилатометрических методов и просвечивающей электронной микроскопии с целью получения двухфазных стекол, пригодных для синтеза пористых стекол с маг- нитными свойствами. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ В настоящей работе были синтезированы и исследованы 3 стекла ДВУХФАЗНЫЕ Fe-СОДЕРЖАЩИЕ НАТРИЕВОБОРОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛА 435 системы Na2O—B2O3—SiO2—Fe2O3. Исходными компонентами для синтеза стекол являлись Nа2СО3 марки «осч», Н3BO3 марки «чда» и SiO2- в виде молотого кварцевого стекла (удобно брать в связи с от- сутствием пересчета на влажность) и Fe2O3 марки «чда». Синтез об- разцов выполняли в платиновых тиглях в силитовой печи при тем- пературе 1500°С в течение 4 ч. Отжиг полученных стекол выполня- ли в муфельной печи при температуре 600°С в течение получаса. Затем охлаждали до комнатной температуры вместе с печью в тече- ние 6—7 часов. Составы исследованных стекол по синтезу приведе- ны в табл. 1. Далее стекла подвергались различной тепловой обра- ботке для проявления фазового разделения (условия тепловой обра- ботки также приведены в табл. 1). Дилатометрические исследования выполняли на кварцевом ди- латометре – вискозиметре [5]. Дилатометрические кривые (темпе- ратурная зависимость удлинения образца) снимали при нагревании образцов со скоростью 3 град./мин. в температурном интервале от комнатной температуры до 600—700°С. Для каждого из составов стекол и для каждой термообработки было подготовлено и измерено 2—3 образца. Размеры образцов 6—8×3—4×6—8 мм. С помощью дилатометра были определены температуры стекло- вания (Tg) и температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР). По дилатометрической кривой (изменение длины образца (L) при равномерном изменении температуры (Т)) Tg определяется по пересечению продолжений прямых, аппроксимирующих близ- кие к линейным участки выше и ниже интервала стеклования (ин- тервала резкого изменения производной dL/dT) [6]. При наличии двух фаз в стекле на дилатометрических кривых могут наблюдать- ся два значения Tg. Пример определения двух Tg приведен на рис. 1 для стекла 1 без термообработки. ТКЛР отражает силы связи, действующие между ионами, и теп- ТАБЛИЦА 1. Составы стекол по синтезу и условия их тепловой обработки. Стекло Состав по синтезу, масс.% Условия тепловой обработки SiO2 B2O3 Na2O Fe2O3 T, °C t, ч 1 50 20 5 25 550 650 700 122 10 2 2 60 15 5 20 550 650 700 122 10 2 3 60 20 5 15 550 650 700 122 10 2 436 С. В. СТОЛЯР, И. Н. АНФИМОВА, И. А. ДРОЗДОВА, Т. В. АНТРОПОВА ловое расширение существенно зависит от поведения всех входящих в стекло компонентов. На основании обширного экспериментального материала показа- но, что имеет место обратно пропорциональная зависимость между силой поля катиона и ТКЛР. Величина теплового расширения сте- кол должна повышаться при увеличении концентрации немостико- вых кислородов в стекле, при переходе от трехмерной структуры, образованной полиэдрами иона – стеклообразователя, к слоистой и далее к ленточной и цепочечной, при появлении в стеклах структур- Рис. 1. Пример определения двух температур стеклования (Tg) для двух интервалов стеклования на дилатометрической кривой на примере стекла 1 без термообработки. Рис. 2. Температурная зависимость L/L0 для стекол разного состава, без термообработки. 1 – стекло 1; 2 – стекло 2; 3 – стекло 3 (составы стекол см. в табл. 1). 0 100 200 300 400 500 600 700 0 2 4 6 Ñòåêëî 1 T g2 T g1 L/L 0 ⋅103 T, °C 0 100 200 300 400 500 600 700 0 2 4 6 1 2 3 L/L 0 ⋅103 T, °C ДВУХФАЗНЫЕ Fe-СОДЕРЖАЩИЕ НАТРИЕВОБОРОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛА 437 ных образований, связанных между собой лишь слабыми межмоле- кулярными силами. В отличие от обусловленного колебаниями ато- мов (ионов), или «мгновенного» теплового расширения, проявляю- щегося при температурах меньших, чем нижняя граница интервала стеклования, для интервала стеклования и более высоких темпера- тур характерно еще и структурное тепловое расширение, обуслов- ленное изменениями объема стекла при структурных перестройках. Коэффициенты теплового расширения определяли по дилато- метрическим кривым – ниже интервала стеклования (αg) и выше интервала стеклования (αe) [6]. На рисунках 2 и 3 приведены примеры полученных температур- ных зависимостей удлинения образцов исследованных нами стекол для одной тепловой обработки для разных составов (рис. 2) и для одного из составов при разной тепловой обработке (рис. 3) (L0 на ри- сунках – начальная длина образца). По дилатометрическим кривым были определены температуры стеклования и рассчитаны коэффициенты теплового расширения как выше, так и ниже интервала стеклования. Эти данные приведе- ны в табл. 2. Практически на всех дилатометрических кривых наблюдаются два интервала стеклования (кроме стекол с термообработкой при 700°С и стекла 2 при отсутствии термообработки). Соответственно, были определены две температуры стеклования Tg1 и Tg2 и рассчи- таны по два коэффициента теплового расширения, как ниже (αg1, αg2), так и выше (αe1, αe2) интервала стеклования. Два интервала стеклования явно указывают на существование двух фаз в стекле, один – на то, что фаза одна или их две, причем Рис. 3. Зависимость L/L0 от температуры стекла 3 для разных темпера- тур термообработки. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 2 4 6 Ñòåêëî 3 1 — 550°C 3 — 550°C 4 — 650°C 2 — 650°C L/L 0 ⋅103 T, °C 438 С. В. СТОЛЯР, И. Н. АНФИМОВА, И. А. ДРОЗДОВА, Т. В. АНТРОПОВА легкоплавкая фаза составляет каркас стекла, а тугоплавкая нахо- дится в каплях. При двух интервалах стеклования обе фазы, види- мо, составляют взаимопроникающий каркас. Сказать что-либо о влиянии состава стекол на полученные нами данные трудно, так как составы хотя и отличаются незначительно, но системности в их отличиях нет (из четырех компонентов постоя- нен только один, смотри таблицу 1). Из таблицы 2 видно, что Tg1 для стекол 1 и 3 не изменяется при изменении времени термообработки. Это говорит о том, что состав легкоплавкой фазы, образовавшийся в стеклах после их синтеза (стекла без термообработки) не меняется. Для стекла 2 наблюдается некоторый разброс в значениях Tg1, хотя он близок к погрешности определения Tg (2—3°С), можно и здесь предположить практиче- скую неизменность состава легкоплавкой фазы. Из рисунков можно заметить, что термообработка при 550°С для всех стекол приводит к значительному увеличению высоты пика на дилатометрической кривой по сравнению с другими термообработ- ками и резкой деформации после достижения максимума. Можно предположить, что именно при 550°С происходит интенсивное обра- ТАБЛИЦА 2. Температура стеклования, коэффициенты температурного расширения ниже и выше интервала стеклования для исследованных сте- кол при различных условиях термообработки. Стекло Температура термообработки Tg1, °C αg1⋅106 К−1 αe1⋅106 К−1 Tg2, °C αg2⋅106 К−1 αe2⋅106К−1 1 Без термообработки 470 6,16 22,43 611 11,09 23,33 550 469 3,96 15,81 599 15,71 27,62 650 470 6,74 15,64 – – – 700 469 7,42 13,81 – – – 2 Без термообработки 488 8,84 15 – – – 550 484 6,14 10,26 606 15,16 24,09 650 490 6,10 15,13 – – – 700 493 7,46 28,84 – – – 3 Без термообработки 468 10,65 10,56 616 4,29 13,08 550 469 4,17 11,92 610 15,29 30,63 650 470 4,33 16,41 – – – 700 469 4,14 18,97 614 5,68 14,55 Примечание. Прочерк в таблице означает, что второго интервала стеклования либо нет, либо он выражен неявно. ДВУХФА зование нагреван единени (кристал Элект на прибо (разреша не превы Элект ванных с ческих и являютс ла 1 с ра фаза (от туры, к Рис. 4. а мопроник работке, Рис. 5. а – работанн АЗНЫЕ Fe-СО каких-либ нии до 700 й, которые ллизацию) ронно-мик оре ЭМ-125 ающая спо ышала ±4% ронно-мик стекол при исследован ся, по мень азными тем носительн которые п а – Стекло кающая стр наблюдаетс а – стекло 1, ое при 700° ОДЕРЖАЩИЕ бо агломера 0°С происх е и вызываю при темпер кроскопиче 5 ОАО SELM особность %. кроскопиче иведены на ний следует ьшей мере, мпературам о большие при увели а 3, термооб руктура; б ся капельна , термообра С; в – стек Е НАТРИЕВО атов желез ходит образ ют резкое р ратурах, бл еские иссл MI при уск ≅ 10 нм). еские фото а рис. 4 и 5 т, что все с , двухфазн ми термооб е области в ичении те бработанное – Стекло ая структур б аботанное пр ло 1, термоо ОБОРОСИЛИ за в стекле зование кр разрушени лизких к 7 ледования коряющем Относител ографии н . Из электр синтезиров ными. На р бработки н внутри дву емпературы б е при 550°С 2, не подв ра. ри 550°С; б обработанно ИКАТНЫЕ СТ и при дал ристалличе ие структур 00°С. были вы напряжен льная погр некоторых ронно-мик ванные нам рисунке 5 д наблюдаетс ухкаркасно ы термооб б С, наблюдае ергавшееся в – стекло 1 ое при 650°С ТЕКЛА 439 льнейшем еских со- ры стекла ыполнены нии 75 кВ решность исследо- кроскопи- ми стекла для стек- ся третья ой струк- бработки ется взаи- я термооб- , термооб- С. 440 С. В. СТОЛЯР, И. Н. АНФИМОВА, И. А. ДРОЗДОВА, Т. В. АНТРОПОВА уменьшаются в размерах и более равномерно распределяются в структуре стекла), появление которой может быть связано с при- сутствием в стекла окислов железа. Вполне вероятно, что в стекле образуются агломераты соединений железа, и в процессе термооб- работки происходит их преобразование в более упорядоченную кристаллоподобную структуру. 3. ВЫВОДЫ Синтезированы и исследованы методами дилатометрии и просвечи- вающей электронной микроскопии 3 стекла системы Na2O—B2O3— SiO2 с добавками Fe2O3 с двухфазной структурой, которые могут быть использованы для получения нанопористых стекол с магнит- ными свойствами. Работа выполнена при финансовой поддержке ПФИ ОХНМ-02 РАН и РФФИ (проект № 08-08-00733а). ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. О. В. Мазурин, Г. П. Роскова, В. И. Аверьянов, Т. В. Антропова, Двух- фазные стекла: структура, свойства, применение (Ленинград: Наука: 1991). 2. G. H. Beall, G. R. Mansfield, and J. W. H. Schreurs, Method for Making Porous Magnetic Glass and Crystal-Containing Structures: U.S. Patent No. 4395271. 07/26/1983. 3. G. H. Beall, G. R. Mansfield, and J. W. H. Schreurs, Porous Magnetic Glass Structure: U.S. Patent No. 4233169. 11/11/1980. 4. И. Н. Анфимова, Т. В. Зарубина, Г. П. Роскова и др., Способ получения кварцоидного стекла и кварцоидное стекло, Авт. свид. № 895942 СССР (Бюлл. изобр., № 1: 109 (1982)). 5. В. П. Клюев, М. А. Черноусов, Тезисы докл. 3 Всесоюзн. совещ. «Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов в широком диапазоне температур» (Ленинград: 1984), с. 46. 6. О. В. Мазурин, Стеклование (Ленинград: Наука: 1986).
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-74479
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1816-5230
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:39:47Z
publishDate 2011
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format dspace
spelling Столяр, С.В.
Анфимова, И.Н.
Дроздова, И.А.
Антропова, Т.В.
2015-01-21T10:36:18Z
2015-01-21T10:36:18Z
2011
Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами / С.В. Столяр, И.Н. Анфимова, И.А. Дроздова, Т.В. Антропова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 2. — С. 433-440. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
1816-5230
PACS numbers: 61.43.Fs, 61.43.Gt, 65.60.+a, 68.37.Lp, 75.50.Kj, 81.05.Kf, 81.05.Rm
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74479
Синтезированы и исследованы методами дилатометрии и электронной микроскопии 3 стекла системы Na₂O—B₂O₃—SiO₂ с добавками Fe₂O₃. Стёкла подвергнуты тепловой обработке для получения двухфазных стёкол, из которых могут быть получены нанопористые стёкла с магнитными свойствами.
Синтезовано та досліджено методами дилятометрії й електронної мікроскопії 3 скла системи Na₂O—B₂O₃—SiO₂ з домішками Fe₂O₃. Стекла піддано тепловому обробленню для одержання двофазних стекол, з яких можуть бути одержаними нанопористі стекла з магнетними властивостями.
Three glasses of the Na₂O—B₂O₃—SiO₂ system with Fe₂O₃.additives are synthesized and investigated by dilatometric and electron-microscopy analyses. Glasses are subjected to heat treatment in order to obtain two-phase glasses that can be used to produce nanoporous glasses with magnetic properties.
Работа выполнена при финансовой поддержке ПФИ ОХНМ-02 РАН и РФФИ (проект № 08-08-00733а).
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
Article
published earlier
spellingShingle Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
Столяр, С.В.
Анфимова, И.Н.
Дроздова, И.А.
Антропова, Т.В.
title Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
title_full Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
title_fullStr Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
title_full_unstemmed Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
title_short Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
title_sort новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/74479
work_keys_str_mv AT stolârsv novyedvuhfaznyeželezosoderžaŝienatrievoborosilikatnyestekladlâpolučeniânanoporistyhmaterialovsmagnitnymisvoistvami
AT anfimovain novyedvuhfaznyeželezosoderžaŝienatrievoborosilikatnyestekladlâpolučeniânanoporistyhmaterialovsmagnitnymisvoistvami
AT drozdovaia novyedvuhfaznyeželezosoderžaŝienatrievoborosilikatnyestekladlâpolučeniânanoporistyhmaterialovsmagnitnymisvoistvami
AT antropovatv novyedvuhfaznyeželezosoderžaŝienatrievoborosilikatnyestekladlâpolučeniânanoporistyhmaterialovsmagnitnymisvoistvami