СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ
Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites solid solutions were synthesized by the method of precipitation from aqueous solutions, as initial reagents were used nitrates solutions, namely Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical composite resonant elements in a form of systems “high-Q non-magn...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/62 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465552168353792 |
|---|---|
| author | Fedorchuk, Oleksandr Solopan, Sergii Popov, Maksym Zavislyak, Igor Belous, Anatolii |
| author_facet | Fedorchuk, Oleksandr Solopan, Sergii Popov, Maksym Zavislyak, Igor Belous, Anatolii |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Oleksandr Fedorchuk",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kiev, Palladin av., 32\/34,03142 Ukraine"
},
{
"author": "Sergii Solopan",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kiev, Palladin av., 32\/34,03142 Ukraine"
},
{
"author": "Maksym Popov",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv"
},
{
"author": "Igor Zavislyak",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv"
},
{
"author": "Anatolii Belous",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kiev, Palladin av., 32\/34,03142 Ukraine"
}
] |
| author_sort | Fedorchuk, Oleksandr |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:40Z |
| description | Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites solid solutions were synthesized by the method of precipitation from aqueous solutions, as initial reagents were used nitrates solutions, namely Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical composite resonant elements in a form of systems “high-Q non-magnetic dielectric – magnetic film” were manufactured using synthesized particles. As a non-magnetic dielectric was used barium tetratitanate BaTi4O9 with a doping of ZnO. For this the film-forming suspension consisted of synthesized ferrite particles and photopolymer was prepared. The suspension was applied on the end face of the dielectric resonator and polymerized by the UV radiation. Magnetic field of electromagnet was applied to the composite resonators during the magnetic film polymerization process (parallel or normal to the resonators axis).
Absorption spectra of composite resonators in the waveguide measuring cell under influence of an external magnetic field were obtained. Spectra confirm the opportunity to control the resonance frequency of the composite structure and energy absorption in it using the external permanent magnetic field. The tuning of composite resonators parameters was more efficient for the resonators with the film polymerized in the parallel to the resonator axis field. For the frequency shift and electromagnetic isolation were obtained the values of 71 MHz and 53 dB respectively but with a high “straight” energy losses in the area of ferromagnetic resonance. So, the measuring cell with the composite resonator located in it was simulated using an Ansys HFSS software. Respective absorption spectra were obtained. It is shown that it is possible to manufacture composite resonators with a needed for the practical applications characteristics level (reverse losses were 34 dB, straight losses were 0.8 dB) and a tuning ability for the development of superheterodyne transmitters, dynamic filters for microwave technics, microwave valves, etc. |
| doi_str_mv | 10.33609/0041-6045.85.7.2019.16-23 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
Неорганічна хімія
16 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
УДК 54.057+544.163+621.385.69 doi: 10.33609/0041-6045.85.7.2019.16-23
О.П. Федорчук 1,2*, С.О. Солопан 1, М.О.Попов 3, І.В.Зависляк 3, А.Г.Білоус 1
СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ
СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
НА ЇХ ОСНОВІ
1Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, просп. академіка
Палладіна, 32/34, Київ, 03142, Україна
2Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря
Сікорського», просп. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна
3Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вулиця Володимирська, 60, Київ, 01033,
Україна
*e-mail: alex1377c9@gmail.com
Синтезовано нанорозмірні частинки твердих розчинів нікель-цинкових феритів
Ni1-xZnxFe2O4, х = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1. З використанням синтезованих
часток створено керовані магнітним полем композиційні резонатори на основі системи
«немагнітний діелектричний резонатор – магнітна плівка», показана принципова
можливість створення композиційних резонаторів із характеристиками, задовільними для
використання в супергетеродинних передавачах, в якості динамічних фільтрів для
пристроїв НВЧ діапазону, вентилів.
К л ю ч о в і с л о в а: композиційна структура, магнітне керування, ферит, товсті плівки,
надвисокі частоти.
ВСТУП. На сьогодні стрімко розвива-
ються мережі бездротового зв’язку (мобіль-
ний зв’язок, мережі Wi-Fi – Wireless Fidelity,
Bluetooth), при цьому ведеться постійна ро-
бота над удосконаленням їх технічного та
програмного забезпечення. Для реалізації та-
кого зв’язку необхідно розробляти спеціальні
пристрої, наприклад твердотільні генератор-
ри, фільтри, приймачі з високим рівнем тех.-
нічних характеристик. В свою чергу для
створення таких пристроїв розроблено ді-
електричні матеріали з малими діелектрич-
ними втратами, високою температурною ста-
більністю властивостей [1]. Ці матеріали до-
зволяють розробити фільтри, диплексери,
мультиплексери, генератори, інші пристрої.
Основним недоліком діелектричних резона-
торів, які використовуються в якості елемен-
тної бази пристроїв надвисоких частот (НВЧ)
є те, що неможливо змінювати властивості
цих матеріалів при дії зовнішніх електрич-
ного чи магнітного полів. Тому цілий ряд
пристроїв, які необхідні для удосконалення
мереж бездротового зв’язку, не можна роз-
робити на даних діелектричних резонаторах.
Наприклад динамічні фільтри НВЧ, гетеро-
динні передавачі, інші адаптовувані компо-
ненти техніки НВЧ, здатні змінювати свої ха-
рактеристики відповідно до вимог для вхід-
ного/вихідного сигналу.
З іншого боку відомі феримагнітні ма-
теріали на основі оксидних систем, власти-
вості яких можна змінювати за рахунок впли-
ву постійного магнітного поля. В той же час
недоліком цих матеріалів є великі діелек-
трикчні втрати в НВЧ діапазоні.
Тому значний інтерес представляє ство-
рення композиційних резонансних елементів,
© О.П. Федорчук, С.О. Солопан, М.О.Попов, І.В.Зависляк, А.Г.Білоус., 2019
mailto:alex1377c9@gmail.com
Синтез нанорозмірних магнітних матеріалів на базі оксидних систем…
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 17
які складатимуться з діелектричного резона
тора з високою добротністю та плівки фери
ту, властивості якої змінюються під дією на
неї зовнішнього постійного магнітного поля,
а також з’ясування можливості та механізм
впливу на діелектричні характеристики таких
композиційних резонаторів.
Метою даної роботи була розробка ко-
мпозиційних резонаторів «діелектрик – маг-
нітна плівка» з магнітним керуванням пара-
метрів; дослідження зміни властивостей от-
риманих резонаторів під дією магнітного по-
ля та можливості їх використання для ство-
рення невзаємних пристроїв НВЧ діапазону.
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Cинтез нанорозмірних части-
нок твердих розчинів нікель-цинкових фери-
тів Ni1-xZnxFe2O4 (х = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 0,8;
0,85; 0,9; 0,95; 1) й дослідження їх вла-
стивостей.
Cинтез нанорозмірних частинок твер-
дих розчинів нікель-цинкових феритів
проводився методом співосадження з водних
розчинів гідроксидів. Для синтезу викори-
стовувались водні розчини нітратів заліза
Fe(NO3)3, нікелю Ni(NO3)2 та цинку
Zn(NO3)2, у якості осаджувача використову-
вали 1М розчин гідрооксиду натрію. Осадже-
ння солей проводили послідовно при різних
значеннях рН, підібраних індивідуально для
кожного металу. На першому етапі при
значенні рН 4 ÷ 4,5 проводили осадження
солі Fe(NO3)3. Далі при рН рівному 7.0 ÷ 7.2
при неперервному перемішуванні проводили
осадження солі Zn(NO3)2. Після осадження
Fe(NO3)3 та Zn(NO3)2 рН маточного розчину
підвищували до 8.5 ÷ 8.7 і послідовно при
неперервному перемішуванні осаджували ро-
зчин солі Ni(NO3)2.
Після повного осадження всіх компо-
нентів проводили старіння осадів, для цього
суспензію доводили до кипіння і кип’ятили
впродовж 1 години. Під час кипіння підтри-
мувати початковий об'єм суспензії.
Одержаний осад фільтрували та проми-
вали дистильованою водою. Отриманий про-
дукт висушували в сушильній шафі при тем-
пературі 110-120 °С. Кінцевий продукт отри-
мувався після прожарювання осадів у му-
фельній печі в атмосфері повітря в широкому
температурному діапазоні 500-800 °C.
Розміри та морфологія частинок фериту
визначали за допомогою просвічуючої елек-
тронної мікроскопії (ПЕМ) на приладі JEM
1400 Jeol.
Синтезовані порошки Ni1-xZnxFe2O4, x =
0; 0,25; 0,5; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1,
досліджували методом рентгенофазового
(РФА) аналізу на дифрактометрі ДРОН-4
(СuКα-випромінювання). За методикою, пре-
дставленою в [2], визначався ступінь криста-
лічності синтезованих нанорозмірних часток
фериту.
Проводилось вимірювання магнітних
властивостей отриманих порошків за допо-
могою вібраційного магнітометра LDJ-9500.
Виготовлення композиційних резонан-
сних елементів «немагнітний високодоброт-
ний діелектрик – плівка фериту» та до-
слідження їх властивостей.
Для створення композиційних резо-
наторів спочатку готувалась плівкоутво-
рююча суспензія, яка в подальшому нано-
силась на поверхню немагнітного діелек-
тричного резонатора, виготовленого із лег-
ованого тетратитанату барію BaTi4O9-ZnO
[3]. Суспензія складалася з порошку фериту
та фотополімеру Permabond UV630 й
розмішувалась гомогенізатором IKA T10
Standard впродовж 10-и хвилин. Далі
отримана суспензія наносилася на один із
торців циліндричного діелектричного резо-
натора, накривалась захисним склом й під-
давалась полімеризації під дією УФ ламп.
Полімеризація здійснювалась у полі, пара-
лельному та перпендикулярному до осі зраз-
ка. При цьому використовувались дві лампи:
перша лампа (6 Вт) забезпечувала плавну
рівномірну полімеризацію при намагнічуван-
ні частинок фериту в плівці протягом 1 год,
друга лампа (36 Вт) забезпечувала остаточну
полімеризацію фотополімеру в плівці у
О.П. Федорчук, С.О. Солопан, М.О.Попов, І.В.Зависляк, А.Г.Білоус
18 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
всьому її об’ємі.
Як показали попередні дослідження,
проведені в [4], оптимальною товщиною плі-
вки фериту є 100 мкм. Тому в подальшому
робота велась із композиційними резона-
торами з магнітними плівками товщиною 100
мкм.
Вимірювання електрофізичних власти-
востей проводились за допомогою вектор-
ного аналізатора НВЧ кіл Agilent N5230A
(PNA-L Network Analyzer) в режимі біжучої
хвилі в сантиметровому діапазоні довжин
хвиль у вимірювальній комірці, яка представ-
ляла собою прямокутний металевий X-band
хвилевід, площа перерізу хвилеводу 23*10
мм2. Зразки розміщувались безпосередньо на
металевій стінці хвилеводу, магнітне поле
створювалось постійним магнітом з регульо-
ваною відстанню між полюсами у напрямку,
паралельному до осі резонаторів. Така кон-
струкція комірки забезпечує екранування до-
сліджуваних зразків й усуває втрати на ви-
промінювання діелектричного резонатора.
Скляна підкладка віддаляла резонатор від
металевої стінки хвилеводу, що сприяло зме-
ншенню втрат за рахунок вихрових струмів.
Оптимальне значення величини зв’язку під-
биралося шляхом поперечного переміщення
композитного резонатора в межах хвилеводу.
Були отримані спектри поглинання створе-
них композиційних резонаторів.
ВИСНОВКИ. Рентгенограми синтезова-
них частинок твердого розчину нікель-
цинкового фериту на прикладі складу
Ni0,5Zn0,5Fe2O4 після термообробки при різ-
них температурах представлені на рисунку
1,а. Як показали результати РФА-досліджень,
утворення однофазних кристалічних части-
нок нікель-цинкових феритів відбувається
вже за температури 500 оС в одну стадію. Од-
нак, зважаючи на малий ступінь кристаліч-
ності й розміри частинок продукту, оптима-
льними обрано частинки, синтезовані за тем-
ператури 800 оС. Ступінь кристалічності для
частинок фериту після термообробки за різ-
них температур: 500 оС – 32,66%; 600 оС –
Рис. 1. Рентгенограми частинок твердого розчину
нікель-цинкового фериту Ni0,5Zn0,5Fe2O4 після
термообробки за температури 1 – 500 оС, 2 – 600
оС, 3 – 650 оС, 4 – 700 оС, 5 – 800 оС (а) та
мікрофотографія частинок фериту (б). На вставці
до рис. 1,б наведено розподіл частинок фериту за
розмірами.
Таблиця. 1
Насипна намагніченість та коерцитивна сила
для синтезованих нанорозмірних часток
твердих розчинів нікель-цинкових феритів
NixZn1-xFe2O4
Склад Ms, А/м2кг Hc, E
ZnFe2O4 1,0 31
Ni0,05Zn0,95Fe2O4 1,6 34,4
Ni0,1Zn0,9Fe2O4 2,0 34,6
Ni0,15Zn0,85Fe2O4 4,2 27,4
Ni0,2Zn0,8Fe2O4 6,0 28,1
Ni0,25Zn0,75Fe2O4 11,3 25,1
Ni0,5Zn0,5Fe2O4 20,9 19,6
Ni0,75Zn0,25Fe2O4 17,3 12,4
NiFe2O4 16,3 63,2
34,21%; 650 оС – 41,65%; 700 оС – 51,68%;
800 оС – 89,13%. Середній розмір частинок
відповідно до мікрофотографій
становив 50 нм.
Синтез нанорозмірних магнітних матеріалів на базі оксидних систем…
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 19
Були виміряні магнітні властивості по-
рошків усіх синтезованих складів. Як видно з
результатів, наведених в табл., найвище зна-
чення намагніченості насичення спостеріг-
гається для фериту Ni0,5Zn0,5Fe2O4, при зміні
вказаного співвідношення між йонами ніке-
лю та цинку у фериті відбувається зменшен-
ня намагніченості в сформованій структурі
частково оберненої шпінелі.
Розрахунок взаємодії полів у компози-
ційній структурі з використанням теорії збу-
рень [5, 6] показує, що зміщення частоти
резонансу пропорційне намагніченості фери-
ту, а, отже, обмежується намагніченістю
насичення матеріалу. Тому саме ферит
Ni0,5Zn0,5Fe2O4 було використано для
подальшої роботи.
Рис. 2. Спектри поглинання композиційних
резонаторів з плівками фериту Ni0,5Zn0,5Fe2O4
(напрям поля при полімеризації магнітної плівки
зображено на вставках). Величина зовнішнього
зміщуючого магнітного поля:1, 4 – 1430; 2 –
3530; 3 ~ 800 Е (а); 2, 4 – 0; 1, 3 ~ 800 Е (б).
Спектри поглинання композиційних
резонаторів з плівкою нікель-цинкового фе-
риту Ni0,5Zn0,5Fe2O4 представлені на рис. 2.
Було показано, що зміщення резонансної ча-
стоти елементів під впливом постійного маг-
нітного поля може досягати величини до 71
МГц на частотах порядку 10-11 ГГц. Такого
зміщення достатньо для використання в яко-
сті динамічних фільтрів у радарних системах
(погодні, морські навігаційні радари, ін.) або
у зв’язку стандарту GSM за умови виготов-
лення резонаторів для менших частот. Зазна-
чимо, що вплив магнітного поля на харак-
теристики композиційних резонаторів більш
відчутний, якщо феритові плівки при полі-
меризації намагнічувати вздовж осі резонато-
ра, й менш відчутний, якщо плівка поліме-
ризувалась у полі, перпендикулярному до осі
резонатора. Це може бути пов’язано з біль-
шою узгодженістю напряму зовнішнього ма-
гнітного поля і внутрішнього поля фериту у
вимірювальній комірці для композиційного
резонансного елементу з плівкою, яка при
полімеризації намагнічувалась вздовж його
осі.
В результаті проведених досліджень
була виявлена надзвичайно висока невзає-
мність поглинання елементів. Величина не-
взаємності (розв’язка) становила ~ 53 дБ
(рис. 2б). Це означає, що зменшення інте-
нсивності сигналу при його проходженні в
протилежних напрямках у хвилеводі від-
різняється приблизно в 440 раз. При цьому
максимальне поглинання рівне 68 дБ (більше
99,9 %). Для прикладу: розв’язка для стан-
дартних одноелементних феритових НВЧ
вентилів становить 20 дБ (10 разів) [7].
Однак вентиль мусить практично повністю
пропускати енергію хвилі в одному з на-
прямків і не пропускати в зворотному на-
прямку. А для створеного композиційного
резонатора, розміщеного в хвилеводі, погли-
нання в «прямому» напрямку досягає зна-
чення 14 дБ (80%), в «зворотному» напрямку
– 68 дБ (99%). Тобто затухання сигналу
залишається високим в обох напрямках
О.П. Федорчук, С.О. Солопан, М.О.Попов, І.В.Зависляк, А.Г.Білоус
20 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
проходження хвилі через вимірювальну
комірку.
Для з’ясування принципової можли-
вості використання композиційних резо-
наторів в невзаємних пристроях НВЧ (венти-
лі) було здійснене моделювання вимірюва-
льної комірки за допомогою програмного
забезпечення Ansys HFSS [8] рис. 3.
Рис. 3. Модель композиційного резонатора у
хвилеводі.
Параметри модельного резонатора та
хвилеводу підбирались максимально набли-
женими до параметрів їх реальних прото-
типів. При підборі правильної позиції резо-
натора в хвилеводі, аналогічно до практик-
ного досліду, вдалось досягти поставленої
мети, отриманий спектр поглинання пред-
ставлений на рис. 4.
Рис. 4. Спектр поглинання моделі компо-
зиційного резонатора. S21 – спектр при
«зворотному» напрямку проходження хвилі у
фериті, S12 – поглинання енергії в «прямому»
напрямі
Як показали розрахунки, поглинання в
резонансі в «прямому» напрямі проходження
хвилі не перевищувало 0,8 дБ, а в «зворот-
ному» складало 34 дБ (98%), що повністю
відповідає вимогам практичного застосу-
вання.
Розрахунок розподілу магнітного поля
у змодельованій вимірювальній комірці пока-
зав, що напруженість магнітного поля все-
редині композиційного резонатора, зокрема в
феритовій плівці, перевищує напруженість
поля у решті об’єму хвилеводу в 8 разів. При
цьому, відповідно до розрахунків, сама плів-
ка не здатна забезпечити достатню розв’язку.
Отримані значення поглинання для магнітної
плівки без діелектричного резонатора не пе-
ревищують 1,6 дБ. Однак у випадку ком-
позиційного елемента спостерігається синер-
гетичний ефект: немагнітна складова резо-
натора затягує електромагнітне поле в об’єм
резонатора, за рахунок чого магнітна плівка
працює набагато більш ефективно.
Подібні композиційні елементи можуть
бути використані в якості заміни викори-
стовуваних феритових вентилів, при цьому
вимагатимуть менших зміщуючих полів, вно-
ситимуть менші енергетичні втрати поза об-
ластю феромагнітного резонансу.
ВИСНОВКИ. В роботі було синтезова-
но нанорозмірні частинки твердих розчинів
нікель-цинкових феритів методом співоса-
дження гідроксидів металів з відповідних
водних розчинів, досліджено їх властивості.
З використанням синтезованих частинок
створено циліндричні композиційні резонан-
сні елементи, які складались із високодо-
бротного діелектричного немагнітного резо-
натора та магнітної плівки, нанесеної на то-
рець резонатора.
Отримано спектри поглинання компо-
зиційних резонаторів, які підтверджують, що
є можливим керування частотою компози-
ційної структури та поглинанням за допомо-
гою зовнішнього постійного магнітного по-
ля. Результати проведеного додаткового мо-
делювання вимірювальної комірки з роз-
Синтез нанорозмірних магнітних матеріалів на базі оксидних систем…
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 21
міщеним всередині композиційним резона-
тором показують, що є можливим створення
композиційних резонаторів з необхідним для
практичного використання рівнем характер-
ристик й керованості.
Показано, що подібні елементи можна
використати в супергетеродинних передава-
чах, в якості динамічних фільтрів для при-
строїв НВЧ діапазону, вентилів. Порівняно зі
стандартними вентилями, отримані структур-
ри потребують менших зміщуючих полів для
роботи, використовують менший об’єм маг-
нітного матеріалу, що потенційно зменшує
втрати енергії поза областю резонансу ком-
позиційних елементів.
СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАГНИТНЫХ
МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ОКСИДНЫХ
СИСТЕМ И СОЗДАНИЕ НЕВЗАИМНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ИХ
ОСНОВЕ
Федорчук А.П.1,2*, Солопан С.А.1, Попов М.А.3,
Зависляк И.В.3, Белоус А.Г.1
1Институт общей и неорганической химии им.
В.И. Вернадского НАН Украины, просп.
академика Палладина, 32/34, Киев, 03142,
Украина
2Национальный технический университет
Украины «Киевский политехнический институт
имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 37,
Киев, 03056, Украина
3Киевский национальный университет имени
Тараса Шевченка, улица Владимирская, 60, Киев,
01033, Украина
*e-mail: alex1377c9@gmail.com
Синтезировано наноразмерные частицы
твердых растворов никель-цинковых ферритов
Ni1-xZnxFe2O4, х = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9;
0,95; 1. С использованием синтезированых
частиц созданы управляемые магнитным полем
композиционные резонаторы на основе системы
«немагнитный диэлектрический резонатор –
магнитная пленка», показана принципиальная
возможность создания композиционных резо-
наторов с характеристиками, удовлетвори-
тельными для использования в супергетеро-
динных передатчиках, в качестве динамических
фильтров для устройств СВЧ диапазона,
вентилей.
К л ю ч е в ы е с л о в а: композиционная стру-
ктура, магнитное управление, феррит, толстые
пленки, сверхвысокие частоты.
SYNTHESIS OF NANOSCALED MAGNETIC
MATERIALS ON THE BASIS OF OXIDE
SYSTEMS AND MANUFACTURING OF NON-
RECIPROCAL COMPOSITE ELEMENTS BASED
ON THEM
Fedorchuk О.P.1,*, Solopan S.О.1, Popov М.О.3,
Zavislyak I.V.3, Belous А.G.1
1Vernadsky Institute of general and inorganic
chemistry of the Ukrainian National Academy of
Sciences, akademika Palladina av., 32/34, Kyiv,
03142, Ukraine
2National Technical University of Ukraine “Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Peremohy av.,
37, Kyiv, 03056, Ukraine
3Taras Shevchenko National University of Kyiv,
Volodymyrska street, 60, Kyiv, 01033, Ukraine
*e-mail: alex1377c9@gmail.com
Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites
solid solutions were synthesized by the method of
precipitation from aqueous solutions, as initial
reagents were used nitrates solutions, namely
Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical
composite resonant elements in a form of systems
“high-Q non-magnetic dielectric – magnetic film”
were manufactured using synthesized particles. As a
non-magnetic dielectric was used barium
tetratitanate BaTi4O9 with a doping of ZnO. For this
the film-forming suspension consisted of synthesized
ferrite particles and photopolymer was prepared. The
suspension was applied on the end face of the
dielectric resonator and polymerized by the UV
radiation. Magnetic field of electromagnet was
applied to the composite resonators during the
magnetic film polymerization process (parallel or
normal to the resonators axis).
Absorption spectra of composite resonators in
the waveguide measuring cell under influence of an
external magnetic field were obtained. Spectra
confirm the opportunity to control the resonance
frequency of the composite structure and energy
mailto:alex1377c9@gmail.com
mailto:alex1377c9@gmail.com
О.П. Федорчук, С.О. Солопан, М.О.Попов, І.В.Зависляк, А.Г.Білоус
22 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
absorption in it using the external permanent
magnetic field. The tuning of composite resonators
parameters was more efficient for the resonators with
the film polymerized in the parallel to the resonator
axis field. For the frequency shift and
electromagnetic isolation were obtained the values of
71 MHz and 53 dB respectively but with a high
“straight” energy losses in the area of ferromagnetic
resonance. So, the measuring cell with the composite
resonator located in it was simulated using an Ansys
HFSS software. Respective absorption spectra were
obtained. It is shown that it is possible to
manufacture composite resonators with a needed for
the practical applications characteristics level
(reverse losses were 34 dB, straight losses were 0.8
dB) and a tuning ability for the development of
superheterodyne transmitters, dynamic filters for
microwave technics, microwave valves, etc.
K e y w o r d s: composite structure, magnetic tu-
ning, ferrite, thick films, microwave frequencies
ЛІТЕРАТУРА
1. Belous, O. Ovchar, M. Valent [et al.].
Abnormal behavior of the dielectric
parameters of Ba6-xLn8+2x/3Ti18O54 (Ln = La-
Gd) solid solutions // Journal of Applied
Physics. -2002. -92, -N. 7. -P. 3917-3922.
2. Barbieri L., Ferrari A., Lancelotti I.,
Leonelli C., Rincón J.M. Crystallization o f
(Na2O–MgO)–CaO–Al2O3–SiO2 glassy
systems formulated from waste products. //
J. Am. Ceram. Soc. -2000. –83. –P. 2515-
2520.
3. Белоус А. Г. Высокодобротные
сверхвысокочастотные диэлектрики. -
Наукова думка, 2016.
4. K.D. Solovyova, O.P. Fedorchuk, M.A.
Popov, I.V. Zavislyak, A.G. Belous.
Development of composite magnetically
tuned nanoheterostructures based on the
system “the thick film of nickel ferrite with
a spinel structure – dielectric resonator of α-
Al2O3” // Ukrainian chemical journal. -
2016. -82, -N. 5. -P. 10 – 14.
5. Zavislyak I.V., Popov Maksym A.,
Solovyova Ekateryna D., Solopan Sergiii,
Belous Anatolii Grigorovich. Dielectric
ferrite film heterostructures for magnetic
field controlled resonance microwave
components. // Materials Science and
Engineering B. -July 2015. -197. -P. 36-42.
6. Popov M. A., Zavislyak I. V., Chumak H. L.,
Strugatsky M. B., Yagupov S. V., Srinivasan
G. Ferromagnetic resonance in a single
crystal of iron borate and magnetic field
tuning of hybrid oscillations in a composite
structure with a dielectric: Experiment and
theory. // J. of Appl. Phys. -2015. -118, -N.
1. -P. 013903-1 - 013903-9.
7. UIY.inc. RF waveguide isolators.
https://www.uiy.com/Waveguide_Isolator.
8. Банков С.Е., Курушин А.А., Разевиг В.Д.
Анализ и оптимизация СВЧ структур с
помощью HFSS. –Москва, 2004.
REFERENCES
1. Belous, O. Ovchar, M. Valent [et al.].
Abnormal behavior of the dielectric
parameters of Ba6-xLn8+2x/3Ti18O54 (Ln = La-
Gd) solid solutions. Journal of Applied
Physics. 2002. 92, 7: 3917-3922.
2. Barbieri L., Ferrari A., Lancelotti I.,
Leonelli C., Rincón J.M. Crystallization o f
(Na2O–MgO)–CaO–Al2O3–SiO2 glassy
systems formulated from waste products. J.
Am. Ceram. Soc. 2000. 83: 2515-2520.
3. Belous A. G. High-Q microwave
dielectrics. (Naukova Dumka, 2016). [in
Russian].
4. K.D. Solovyova, O.P. Fedorchuk, M.A.
Popov, I.V. Zavislyak, A.G. Belous.
Development of composite magnetically
tuned nanoheterostructures based on the
system “the thick film of nickel ferrite with
a spinel structure – dielectric resonator of α-
Al2O3”. Ukrainian chemical journal. 2016.
82, 5: 10 – 14. [in Ukrainian].
5. Zavislyak I.V., Popov Maksym A.,
Solovyova Ekateryna D., Solopan Sergiii,
http://liber.onu.edu.ua/opacunicode/index.php?url=/editeurs/view/id:444/source:default
https://www.uiy.com/Waveguide_Isolator
Синтез нанорозмірних магнітних матеріалів на базі оксидних систем…
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 23
Belous Anatolii Grigorovich. Dielectric
ferrite film heterostructures for magnetic
field controlled resonance microwave
components. Materials Science and
Engineering B. July 2015. 197: 36-42.
6. Popov M. A., Zavislyak I. V., Chumak H.
L., Strugatsky M. B., Yagupov S. V.,
Srinivasan G. Ferromagnetic resonance in a
single crystal of iron borate and magnetic
field tuning of hybrid oscillations in a
composite structure with a dielectric :
Experiment and theory. J. of Appl. Phys.
2015. 118, 1: 013903-1 - 013903-9.
7. UIY inc. RF waveguide isolators.
https://www.uiy.com/Waveguide_Isolator.
8. Bankov S.Е., Kurushyn А.А., Razevig
V.D. Analysis and optimization of
microwave structures using HFSS.
(Moscow, 2004). [in Russian].
Надійшла 08.07.2019
https://www.uiy.com/Waveguide_Isolator
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-62 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:03:51Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/69/d30ad411533402137e19cbf02ebba169.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-622026-07-22T08:23:40Z SYNTHESIS OF NANOSCALED MAGNETIC MATERIALS ON THE BASIS OF OXIDE SYSTEMS AND MANUFACTURING OF NON-RECIPROCAL COMPOSITE ELEMENTS BASED ON THEM СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ И СОЗДАНИЕ НЕВЗАИМНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ИХ ОСНОВЕ СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ Fedorchuk, Oleksandr Solopan, Sergii Popov, Maksym Zavislyak, Igor Belous, Anatolii composite structure, magnetic tuning, ferrite, thick films, microwave frequencies. композиционная структура, магнитное управление, феррит, толстые пленки, сверхвысокие частоты. композиційна структура, магнітне керування, ферит, товсті плівки, надвисокі частоти. Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites solid solutions were synthesized by the method of precipitation from aqueous solutions, as initial reagents were used nitrates solutions, namely Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical composite resonant elements in a form of systems “high-Q non-magnetic dielectric – magnetic film” were manufactured using synthesized particles. As a non-magnetic dielectric was used barium tetratitanate BaTi4O9 with a doping of ZnO. For this the film-forming suspension consisted of synthesized ferrite particles and photopolymer was prepared. The suspension was applied on the end face of the dielectric resonator and polymerized by the UV radiation. Magnetic field of electromagnet was applied to the composite resonators during the magnetic film polymerization process (parallel or normal to the resonators axis). Absorption spectra of composite resonators in the waveguide measuring cell under influence of an external magnetic field were obtained. Spectra confirm the opportunity to control the resonance frequency of the composite structure and energy absorption in it using the external permanent magnetic field. The tuning of composite resonators parameters was more efficient for the resonators with the film polymerized in the parallel to the resonator axis field. For the frequency shift and electromagnetic isolation were obtained the values of 71 MHz and 53 dB respectively but with a high “straight” energy losses in the area of ferromagnetic resonance. So, the measuring cell with the composite resonator located in it was simulated using an Ansys HFSS software. Respective absorption spectra were obtained. It is shown that it is possible to manufacture composite resonators with a needed for the practical applications characteristics level (reverse losses were 34 dB, straight losses were 0.8 dB) and a tuning ability for the development of superheterodyne transmitters, dynamic filters for microwave technics, microwave valves, etc. Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites solid solutions were synthesized by the method of precipitation from aqueous solutions, as initial reagents were used nitrates solutions, namely Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical composite resonant elements in a form of systems “high-Q non-magnetic dielectric – magnetic film” were manufactured using synthesized particles. As a non-magnetic dielectric was used barium tetratitanate BaTi4O9 with a doping of ZnO. For this the film-forming suspension consisted of synthesized ferrite particles and photopolymer was prepared. The suspension was applied on the end face of the dielectric resonator and polymerized by the UV radiation. Magnetic field of electromagnet was applied to the composite resonators during the magnetic film polymerization process (parallel or normal to the resonators axis). Absorption spectra of composite resonators in the waveguide measuring cell under influence of an external magnetic field were obtained. Spectra confirm the opportunity to control the resonance frequency of the composite structure and energy absorption in it using the external permanent magnetic field. The tuning of composite resonators parameters was more efficient for the resonators with the film polymerized in the parallel to the resonator axis field. For the frequency shift and electromagnetic isolation were obtained the values of 71 MHz and 53 dB respectively but with a high “straight” energy losses in the area of ferromagnetic resonance. So, the measuring cell with the composite resonator located in it was simulated using an Ansys HFSS software. Respective absorption spectra were obtained. It is shown that it is possible to manufacture composite resonators with a needed for the practical applications characteristics level (reverse losses were 34 dB, straight losses were 0.8 dB) and a tuning ability for the development of superheterodyne transmitters, dynamic filters for microwave technics, microwave valves, etc. Nanoscaled particles of nickel-zinc ferrites solid solutions were synthesized by the method of precipitation from aqueous solutions, as initial reagents were used nitrates solutions, namely Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 and Zn(NO3)3. Cylindrical composite resonant elements in a form of systems “high-Q non-magnetic dielectric – magnetic film” were manufactured using synthesized particles. As a non-magnetic dielectric was used barium tetratitanate BaTi4O9 with a doping of ZnO. For this the film-forming suspension consisted of synthesized ferrite particles and photopolymer was prepared. The suspension was applied on the end face of the dielectric resonator and polymerized by the UV radiation. Magnetic field of electromagnet was applied to the composite resonators during the magnetic film polymerization process (parallel or normal to the resonators axis). Absorption spectra of composite resonators in the waveguide measuring cell under influence of an external magnetic field were obtained. Spectra confirm the opportunity to control the resonance frequency of the composite structure and energy absorption in it using the external permanent magnetic field. The tuning of composite resonators parameters was more efficient for the resonators with the film polymerized in the parallel to the resonator axis field. For the frequency shift and electromagnetic isolation were obtained the values of 71 MHz and 53 dB respectively but with a high “straight” energy losses in the area of ferromagnetic resonance. So, the measuring cell with the composite resonator located in it was simulated using an Ansys HFSS software. Respective absorption spectra were obtained. It is shown that it is possible to manufacture composite resonators with a needed for the practical applications characteristics level (reverse losses were 34 dB, straight losses were 0.8 dB) and a tuning ability for the development of superheterodyne transmitters, dynamic filters for microwave technics, microwave valves, etc. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2019-08-15 Article Article Inorganic Chemistry Неорганическая химия Неорганічна хімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/62 10.33609/0041-6045.85.7.2019.16-23 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 85 No. 7 (2019): Ukrainian Chemistry Journal; 16-23 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 85 ##issue.no## 7 (2019): Украинский химический журнал; 16-23 Український хімічний журнал; Том 85 № 7 (2019): Український хімічний журнал; 16-23 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/62/39 Copyright (c) 2019 Oleksandr Fedorchuk, Sergii Solopan, Maksym Popov, Igor Zavislyak, Anatolii Belous https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | композиційна структура магнітне керування ферит товсті плівки надвисокі частоти. Fedorchuk, Oleksandr Solopan, Sergii Popov, Maksym Zavislyak, Igor Belous, Anatolii СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title | СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title_alt | SYNTHESIS OF NANOSCALED MAGNETIC MATERIALS ON THE BASIS OF OXIDE SYSTEMS AND MANUFACTURING OF NON-RECIPROCAL COMPOSITE ELEMENTS BASED ON THEM СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА БАЗЕ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ И СОЗДАНИЕ НЕВЗАИМНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ИХ ОСНОВЕ |
| title_full | СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title_fullStr | СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title_full_unstemmed | СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title_short | СИНТЕЗ НАНОРОЗМІРНИХ МАГНІТНИХ МАТЕРІАЛІВ НА БАЗІ ОКСИДНИХ СИСТЕМ І СТВОРЕННЯ НЕВЗАЄМНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ЇХ ОСНОВІ |
| title_sort | синтез нанорозмірних магнітних матеріалів на базі оксидних систем і створення невзаємних композиційних елементів на їх основі |
| topic | композиційна структура магнітне керування ферит товсті плівки надвисокі частоти. |
| topic_facet | composite structure magnetic tuning ferrite thick films microwave frequencies. композиционная структура магнитное управление феррит толстые пленки сверхвысокие частоты. композиційна структура магнітне керування ферит товсті плівки надвисокі частоти. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/62 |
| work_keys_str_mv | AT fedorchukoleksandr synthesisofnanoscaledmagneticmaterialsonthebasisofoxidesystemsandmanufacturingofnonreciprocalcompositeelementsbasedonthem AT solopansergii synthesisofnanoscaledmagneticmaterialsonthebasisofoxidesystemsandmanufacturingofnonreciprocalcompositeelementsbasedonthem AT popovmaksym synthesisofnanoscaledmagneticmaterialsonthebasisofoxidesystemsandmanufacturingofnonreciprocalcompositeelementsbasedonthem AT zavislyakigor synthesisofnanoscaledmagneticmaterialsonthebasisofoxidesystemsandmanufacturingofnonreciprocalcompositeelementsbasedonthem AT belousanatolii synthesisofnanoscaledmagneticmaterialsonthebasisofoxidesystemsandmanufacturingofnonreciprocalcompositeelementsbasedonthem AT fedorchukoleksandr sinteznanorazmernyhmagnitnyhmaterialovnabazeoksidnyhsistemisozdanienevzaimnyhkompozicionnyhélementovnaihosnove AT solopansergii sinteznanorazmernyhmagnitnyhmaterialovnabazeoksidnyhsistemisozdanienevzaimnyhkompozicionnyhélementovnaihosnove AT popovmaksym sinteznanorazmernyhmagnitnyhmaterialovnabazeoksidnyhsistemisozdanienevzaimnyhkompozicionnyhélementovnaihosnove AT zavislyakigor sinteznanorazmernyhmagnitnyhmaterialovnabazeoksidnyhsistemisozdanienevzaimnyhkompozicionnyhélementovnaihosnove AT belousanatolii sinteznanorazmernyhmagnitnyhmaterialovnabazeoksidnyhsistemisozdanienevzaimnyhkompozicionnyhélementovnaihosnove AT fedorchukoleksandr sinteznanorozmírnihmagnítnihmateríalívnabazíoksidnihsistemístvorennânevzaêmnihkompozicíjnihelementívnaíhosnoví AT solopansergii sinteznanorozmírnihmagnítnihmateríalívnabazíoksidnihsistemístvorennânevzaêmnihkompozicíjnihelementívnaíhosnoví AT popovmaksym sinteznanorozmírnihmagnítnihmateríalívnabazíoksidnihsistemístvorennânevzaêmnihkompozicíjnihelementívnaíhosnoví AT zavislyakigor sinteznanorozmírnihmagnítnihmateríalívnabazíoksidnihsistemístvorennânevzaêmnihkompozicíjnihelementívnaíhosnoví AT belousanatolii sinteznanorozmírnihmagnítnihmateríalívnabazíoksidnihsistemístvorennânevzaêmnihkompozicíjnihelementívnaíhosnoví |