Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения

Описана структура и технология наноферритов. Ферриты получены методом золь—гель с участием автогорения. Исследовались диэлектрические свойства ферритов состава NiAlxFe1−xO4, где x = 0, 0,5, 0,74. Получены значения константы магнитной анизотропии этих ферритов....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Копаев, А.В., Заднипрянный, Д.Л., Тафийчук, Ю.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2012
Назва видання:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75304
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:	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения / А.В. Копаев, Д.Л. Заднипрянный, Ю.Н. Тафийчук // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 289-295. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75304
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-753042025-02-10T01:04:41Z Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения Копаев, А.В. Заднипрянный, Д.Л. Тафийчук, Ю.Н. Описана структура и технология наноферритов. Ферриты получены методом золь—гель с участием автогорения. Исследовались диэлектрические свойства ферритов состава NiAlxFe1−xO4, где x = 0, 0,5, 0,74. Получены значения константы магнитной анизотропии этих ферритов. Описано структуру і технологію наноферитів. Ферити одержано методою золь—ґель за участю автогоріння. Досліджувалися діелектричні властивості феритів складу NiAlxFe1−xO4, де x = 0, 0,5, 0,74. Одержано значення константи магнетної анізотропії цих феритів. Structure and technology of nanoferrites are described. Ferrites are produced by sol—gel method with application of autocombustion. Dielectric properties of NiAlxFe1−xO4 ferrites, where x = 0, 0.5, 0.74 are investigated. The values of magnetic anisotropy constant of these ferrites are obtained. 2012 Article Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения / А.В. Копаев, Д.Л. Заднипрянный, Ю.Н. Тафийчук // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 289-295. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 75.30.Gw, 75.75.+a, 81.20.Fw, 81.20.Ka, 82.70.Gg, 84.37.+q, 85.70.Ge https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75304 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Описана структура и технология наноферритов. Ферриты получены методом золь—гель с участием автогорения. Исследовались диэлектрические свойства ферритов состава NiAlxFe1−xO4, где x = 0, 0,5, 0,74. Получены значения константы магнитной анизотропии этих ферритов.
format	Article
author	Копаев, А.В. Заднипрянный, Д.Л. Тафийчук, Ю.Н.
spellingShingle	Копаев, А.В. Заднипрянный, Д.Л. Тафийчук, Ю.Н. Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Копаев, А.В. Заднипрянный, Д.Л. Тафийчук, Ю.Н.
author_sort	Копаев, А.В.
title	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
title_short	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
title_full	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
title_fullStr	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
title_full_unstemmed	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
title_sort	структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2012
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75304
citation_txt	Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения / А.В. Копаев, Д.Л. Заднипрянный, Ю.Н. Тафийчук // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 2. — С. 289-295. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT kopaevav strukturasvoistvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ AT zadniprânnyidl strukturasvoistvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ AT tafiičukûn strukturasvoistvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ
first_indexed	2025-12-02T09:20:06Z
last_indexed	2025-12-02T09:20:06Z
_version_	1850387680741818368
fulltext	289 PACS numbers:75.30.Gw, 75.75.+a,81.20.Fw,81.20.Ka,82.70.Gg,84.37.+q, 85.70.Ge Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения А. В. Копаев, Д. Л. Заднипрянный, Ю. Н. Тафийчук Прикарпатский национальный университет им. В. Стефаника, ул. Шевченко, 57, 76025 Ивано-Франковск, Украина Описана структура и технология наноферритов. Ферриты получены мето- дом золь—гель с участием автогорения. Исследовались диэлектрические свойства ферритов состава NiAlxFe1−xO4, где x = 0, 0,5, 0,74. Получены значения константы магнитной анизотропии этих ферритов. Описано структуру і технологію наноферитів. Ферити одержано методою золь—ґель за участю автогоріння. Досліджувалися діелектричні властиво- сті феритів складу NiAlxFe1−xO4, де x = 0, 0,5, 0,74. Одержано значення константи магнетної анізотропії цих феритів. Structure and technology of nanoferrites are described. Ferrites are pro- duced by sol—gel method with application of autocombustion. Dielectric properties of NiAlxFe1−xO4 ferrites, where x = 0, 0.5, 0.74 are investigated. The values of magnetic anisotropy constant of these ferrites are obtained. Ключевые слова: технология золь—гель, наноферриты, электрический импеданс, магнитная анизотропия. (Получено 20 октября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Ферриты – магнитные оксидные соединения металлов. Они широ- ко применяются в радиоэлектронике, элементах автоматического контроля и вычислительной технике. Ферриты отличаются от мно- гих других материалов тем, что обладают комплексом практически важных магнитных, электрических и механических свойств. Оп- тимальный режим получения можно выбрать, зная закономерности Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2012, т. 10, № 2, сс. 289—295 © 2012 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 290 А. В. КОПАЕВ, Д. Л. ЗАДНИПРЯННЫЙ, Ю. Н. ТАФИЙЧУК формирования структуры материалов и электронных состояний атомов. В последнее время все более совершенствуется золь—гель- технология с участием автогорения (технология ЗГА) [1]. Особенно- сти технологии ЗГА никель-алюминиевых ферритов до сих пор не исследовались. Никель-алюминиевые ферриты перспективны в СВЧ-технике (см. каталог продукции Counts Industries [2]). Важно получить не- обходимые электромагнитные характеристики для СВЧ-устройств. Микроволновые свойства NiAl-ферритов исследованы в [3, 4]. Хотя многие требования специфичны для различных устройств СВЧ, некоторые из них являются общими. К таковым относятся ма- лый размер зерна поликристалла, низкая электропроводность и вы- сокая гомогенность по химическому составу с точно выдержанным соотношением концентраций компонентов. Данным требованиям может удовлетворять технология NiAl-ферритов золь—гель с участи- ем автогорения (ЗГА). Указанные свойства способствуют их исполь- зованию не только в СВЧ-устройствах, но и в качестве магнитного компонента в композитных магнитоэлектрических материалах. Технология поликристаллических ферритов такова, что многие свойства и электромагнитные параметры формируются на стадии приготовления полуфабриката – ферритового порошка. Тем не ме- нее, многие закономерности, связывающие ЗГА технологию полу- чения порошка и свойства NiAl-ферритов, до сих пор неизвестны. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Образцы никель-алюминиевых ферритов химического состава NiFe2−xAlxO4 получены по золь—гель-технологии с участием автого- рения. Было приготовлены 2 партии ферритовых порошков. В пер- вой из них концентрация алюминия изменялась в диапазоне кон- центраций х = 0, 0,50, 0,74. В качестве прекурсоров использованы нитраты металлов с химической формулой Men(NO3)m⋅rH2O, Me = Ni, Fe, Al. Реакция поликонденсации протекала в водном растворе нит- ратов в присутствии органического электролита – лимонной кисло- ты C6H8O7. Нейтрализация геля до pH = 7 или 8 выполнялась с помо- щью гидрата аммония. Сушка ксерогеля выполнялась на воздухе при температуре 120—130°С. При полном высушивании происходило самовозгорание пористого ксерогеля. Данный метод защищен патен- том [4-Мальта]. Рентгеноструктурный анализ и определение среднего размера блоков когерентного рассеяния в полученных материалах выпол- няли на дифрактометре ДРОН-3 с программным обеспечением в медном излучении. Размер частиц синтезированного феррита кон- тролировали на сканирующем электронном микроскопе. В настоящей работе исследованы диэлектрические и магнитные СТРУ свойства намагни 800 кА/ лученны импедан разцах н стот 0,01 ную и мн терь, пр эксперим 3. РЕЗУ Согласно ЗГА-мат блоков к определя ния фро мали за накапли размер ч составля микроск размер 5 гаты из н В диап мнимой ных тем ческий а [7], крив полуокр Рис. 1. В ровый ми УКТУРА, СВО а никель- иченности н /м и полев ых по техн нса выполн на спектром 1—100 кГц нимую час роводимост ментальны ЛЬТАТЫ о результа териалы пр когерентно яется режи нта горени размер час ивает напря частиц, най яет 20—60 копа показ 50 нм. Отсю нескольки пазоне час и действит пературах анализ [6], вые диспер ружности в нешний ви икроскоп, р ОЙСТВА И ОС алюминие насыщени вые зависи нологии ЗГ нялось на с метре Auto ц в интерва сти диэлек ть при пер ых значени ЭКСПЕРИ атам рентг редставляю ого рассеян имом полу ия и его те стиц, поск яжения в п йденный и нм. Иссл али (рис. 1 юда мы дел х частиц ф стот до 100 тельной со х различны который о рсии в одн вдоль оси д ид образца размер лине СОБЕННОСТИ евых обра ия при напр имости нам ГА. Измер спеченных olab PGSTA але темпер ктрической ременном ий импедан ИМЕНТОВ генострукт ют собой о ния не зави учения: pH емпературо кольку фер процессе у из рентгено ледования 1), что наи лаем вывод феррита. 0 кГц крив оставляющ ы по своей опирался н нородных о действител ЗГА-ферри ейки 500 нм И СИНТЕЗА азцов. Из ряженност магниченно рение полн х при темп AT 12/FRA атур 20—40 й проницае токе опре нса. И ИХ АН урного ана однофазны исит от хим среды, ск ой. Размер ррит – хру скоренног оструктурн с помощ именьшие о д, что части вые диспер щих импеда форме. Ка на работы Л образцах п льной комп та NiFe2O4. м. Ni-Al ФЕРРИ мерены у ти магнитн ости ферри ного комп пературе 12 A-2 в диап 00°С. Дейс емости, тан деляли, ис НАЛИЗ ализа, пол ый феррит мического с оростью пе р блоков мы упкий мате о синтеза. ных исслед ью скани образовани ицы образу рсии – ди анса Z″(Z′) ак показал Ландау и Л представля поненты им . Электронн ИТОВ 291 удельные ного поля итов, по- плексного 200°С об- азоне ча- ствитель- нгенс по- сходя из лученные т. Размер состава и еремеще- ы прини- ериал, не Средний дований, ирующего ия имеют уют агре- иаграммы ) при раз- теорети- Лифшица яют собой мпеданса ный раст- 292 А. В. КОПАЕВ, Д. Л. ЗАДНИПРЯННЫЙ, Ю. Н. ТАФИЙЧУК Z′. Процессы переполяризации или перемагничивания контроли- руются определенными процессами, протекающими в твердофаз- ной системе, и характеризуются некоторым параметром τ, имею- щим размерность времени. Если система неоднородна, то данный параметр является статистической величиной. При этом на кривой дисперсии образуются максимумы, и такие максимумы видны в нашем случае (рис. 2, а, б). Как видно из рисунка, степень неодно- родности (в электромагнитном отношении) изменяется с темпера- турой. При температуре измерения 300°С диаграмма вырождается в кривую с низким значением действительной составляющей импе- данса (рис. 2, в). Это, очевидно, связано с уменьшением индуктив- ной составляющей импеданса с приближением температуры изме- рения к точке Кюри. Согласно литературным данным [8], темпера- тура Кюри феррита состава NiAl0,5Fe1,5O4, полученного по обычной керамической технологии, составляет 360°С. Необходимо отметить, что параметры ферритов, полученные в а б в Рис. 2. Диаграммы Z″(Z′) феррита NiAl0,5Fe1,5O4 при температурах: 20°С (а), 100°С (б), 300°С (в). � � � � � � � � � � � � � � � � � � � СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА Ni-Al ФЕРРИТОВ 293 сильных полях [8] и в слабых электромагнитных полях, как в нашем случае, отличаются вследствие того, что в слабых полях за- метны эффекты, когда при высокой температуре пропадает даль- ний магнитный порядок, а ближний порядок сохраняется даже при более высоких температурах. При существовании ближнего поряд- ка магнитная проницаемость выше единицы, однако, индуктивная составляющая импеданса перестает обнаруживаться. Очевидно этим явлением, в основном, и объясняется тот факт, что величина Z′ снизилась (рис. 2, в) при меньшей температуре, чем температура Кюри, найденная по величине намагниченности насыщения [8]. Как показали исследования, величина действительной диэлек- трической проницаемости никель-алюминиевых ферритов может достигать высоких значений – ε′ > 1000 при частотах ниже 1000 Гц. Однако в отличие от других – никель-цинковых ферритов [9] тан- генс диэлектрических потерь намного меньше единицы и возрастает только при частотах выше 105 Гц, как показано на рис. 3, а. По вели- чине параметра tgδ никель-алюминиевые ферриты могут соперни- чать с обычными диэлектриками. На рисунке 3, б дана зависимость ε′ от частоты при различных температурах для феррита NiFe2O4. Видно, что действительная часть диэлектрической проницаемости имеет релаксационный максимум в районе 5000 Гц и возрастает при увеличении темпера- туры. Высокие значения диэлектрической проницаемости и ранее наблюдались в ферритах [9]. По мнению исследователей, механизм возникновения больших величин ε′ связан с перескоками электро- нов между катионами с различной валентностью. Так, в магнетите а б Рис. 3. Зависимость диэлектрических характеристик феррита состава NiAl0,5Fe1,5O4 от частоты и температуры: а) tgδ при 20°С; б) ε′ при темпера- турах 50°С (1), 200°С (2) и 300°С (3). � � � � � 294 А. В. КОПАЕВ, Д. Л. ЗАДНИПРЯННЫЙ, Ю. Н. ТАФИЙЧУК перескоки происходят между катионами Fe2+ и Fe3+ . В никель- алюминиевых ферритах, как показано в [10], концентрация катио- нов Fe2+ мала. Поэтому перескоки могут осуществляться между ка- тионами никеля в октаэдрических междоузлиях кислородной ре- шетки феррита, которые образуют дырки по реакции: Ni2 + + hÛ⋅Ni3 + . Процесс перескоков электронов с образованием дырок требует преодоления энергии локализации электронов, т.е. энергии акти- вации Ea, и происходит во времени. Подвижность дырок мала, она связана со временем релаксации th (средним временем движения дырки от катиона Ni2 + до катиона Ni3 + ) формулой: * ,h e u m τ = где m * – эффективная масса дырки. Возможно, в этих ферритах присутствует и электронный тип проводимости. Однако преимуще- ственный тип проводимости здесь все же дырочный, как это наблю- дается в образцах никель-алюминиевых ферритов, полученных по керамической технологии [11]. Для использования ферритовых нанопорошков в технике важно знать их константу магнитной анизотропии. Согласно выполнен- ным исследованиям [12], среднее значение константы анизотропии можно найти из кривой зависимости намагниченности от внешнего магнитного поля. Дифференциальная восприимчивость при подхо- Рис. 4. Зависимость удельной намагниченности от напряженности поля для NiFe2O4 (1), NiAl0,5Fe1,5O4 (2), NiAl0,74Fe1,26O4 (3). СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА Ni-Al ФЕРРИТОВ 295 де к насыщению изменяется с полем по закону: 2 3 4 ,p dI A B C dH H H H χ ≡ = + + + χ где I – намагниченность в поле напряженностью H; А – коэффи- циент; 2 10,152 ; s K B I = K1 – первая константа анизотропии; χp – магнитная восприимчивость парапроцесса. На рисунке 4 представлены полевые зависимости удельной намагниченности никель-алюминиевых ферритов различных со- ставов. После вычислений было получены следующие значения константы анизотропии: −15⋅104 эрг/см 3 NiFe2O4, −12⋅104 эрг/см 3 NiAl0,5 Fe1,5O4, −11⋅104 эрг/см 3 NiAl0,74⋅Fe1,26O4. Отметим, что анизотропия нанопорошков оказалась в несколько раз выше по абсолютной величине, нежели анизотропия массивно- го никелевого феррита (−6,2⋅104 эрг/см 3) [8]. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. J. Azadmanjiri and S. A. Seyyed Ebrahimi, phys. stat. sol. (c), 1: 3414 (2004). 2. Countis Industries, 2670 Lockheed Way, Carson City, NV 89706, USA. 3. N. S. Bhattacharyya and G. P. Srivastava, J. Magn. Magn. Mater., 262: 12 (2003). 4. M. Mozaffari and J. Amighian, J. Magn. Magn. Mater., 260: 244 (2003). 5. A. V. Kopayev and I. Y. Vylka, Method of Receipt of Difficult Oxides of Differ- ent Metals of Stoichiometric Composition by the Method of Sol—Gel Autocom- bustion (Patent of Ukraine No. 36451) 6. Ю. Ситидзе, Х. Сато, Ферриты (Москва: Мир: 1964). 7. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теория поля (Москва: Наука: 1967). 8. Я. Смит, Х. Вейн, Ферриты (Москва: Изд. иностр. лит.: 1962). 9. К. П. Белов, Электронные процессы в ферритах (Москва: Физ. фак. МГУ: 1996). 10. A. V. Kopayev, B. K. Ostafiychuk, I. Y. Vylka, and D. L. Zadnipryannyy, Mat.- wiss. u. Werkstofftech., 40: 255 (2009). 11. M. A. Ahmed, M. K. El-Nimr, A. Tawfik, and A. M. El-Hasab, phys. stat. sol. (a), 123: 501(1991). 12. Л. В. Киренский, Л. И. Слободской, Доклады Академии наук СССР, 69, № 5: 639 (1949).

Структура, свойства и особенности синтеза никель-алюминиевых ферритов, полученных методом золь—гель с участием автогорения

Репозитарії

Схожі ресурси