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:	http://dspace.nbuv.gov.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	irk-123456789-75304
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-753042015-01-29T03:02:13Z 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 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/75304 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології 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	http://dspace.nbuv.gov.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 strukturasvojstvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ AT zadniprânnyjdl strukturasvojstvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ AT tafijčukûn strukturasvojstvaiosobennostisintezanikelʹalûminievyhferritovpolučennyhmetodomzolʹgelʹsučastiemavtogoreniâ
first_indexed	2025-07-05T23:34:22Z
last_indexed	2025-07-05T23:34:22Z
_version_	1836851881697083392
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