Способ получения нанокристаллического магнитного порошка допированного ортоферрита иттрия


 


Владельцы патента RU 2574558:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") (RU)

Изобретение относится к получению нанокристаллического магнитного порошка допированного ортоферрита иттрия. Исходный раствор, содержащий нитрат железа Fe(NO3)3, нитрат иттрия Y(NO3)3 и в качестве допанта нитрат бария Ва(NO3)2, кипятят в течение 5 мин. В полученный охлажденный до комнатной температуры раствор добавляют осадитель в виде водного раствора карбоната натрия в количестве, необходимом для полного осаждения катионов. Полученный осадок высушивают при комнатной температуре до постоянной массы и прокаливают в муфельной печи при температуре 750°C в течение 60 мин с образованием нанокристаллического порошка ортоферрита иттрия состава Y1-xBaxFeO3. Обеспечивается получение магнитного порошка со структурой перовскита, имеющего заданные значения коэрцитивной силы и удельной намагниченности от магнитомягкого до магнитожесткого материала. 2 ил.

 

Изобретение относится к области синтеза нанокристаллических оксидных материалов с магнитными свойствами и может быть применено в технологии создания магнитных устройств хранения данных.

Ферромагнитные материалы, сформированные методом твердофазного синтеза, обладают рядом значительных недостатков. Синтезированные таким методом порошки обладают низкой степенью гомогенности и большим размером частиц, который может достигать нескольких микрометров. Спекание исходных компонентов при высоких температурах требует значительных энергозатрат и высокотехнологичного оборудования.

Золь-гель метод позволяет синтезировать при низких температурах нанопорошки, обладающие высокой степенью гомогенности, средним размером частиц ~50 нм.

Ортоферрит иттрия представляет собой магнитный материал с невысокими значениями коэрцитивной силы и удельной намагниченности. Использование в качестве допантов двузарядных ионов позволяет влиять на магнитные свойства материала, в частности увеличить удельную намагниченность.

Известны способы синтеза нанокристаллических порошков ортоферрита иттрия золь-гель методом, где в качестве допанта используются кадмий, кальций, лантан [Динь Ван Так, В.О. Миттова, О.В. Альмяшева, И.Я. Миттова. Синтез и магнитные свойства нанокристаллического Y1-xCdxFeO3-σ // Неорганические материалы. 2011. Т. 47. №10, с. 1251-1257; Динь Ван Так, И.Я. Миттова, В.О. Миттова. Магнитные свойства нанокристаллов твердых растворов на основе ортоферрита итрия, полученных золь-гель методом // Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах. ФАГРАН-2010: V Всерос. конф., Воронеж, 3-8 окт. 2010 г.: Материалы конф. Воронеж, 2010. Т. 1. С. 319-321; Е.В. Пыльнева, И.Я. Миттова, В.О. Миттова, Динь Ван Так. Влияние содержания кальция на структуру нанокристаллов Y1-xCaxFeO3 (Х=0; 0,1; 0,2; 0,3), полученных золь-гель методом // Менделеев-2012: VI Всерос. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов с междунар. участием, 3-6 апр. 2012 г. Санкт-Петербург: Тез. докл. СПб., 2012. С. 283-285].

Нанокристаллы Y1-xLaxFeO3 (х=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4) при различных концентрациях ионов Fe синтезировали способом [Динь Ван Так, В.О. Миттова, И. В. Федчук, И.Я. Миттова. Влияние концентрации ионов Fe3+ на размер нанокристаллов Y1-xLaxFeO3, полученных методом химического осаждения // Конденсированные среды и межфазные границы, т. 13, №1, с. 42-48], принятым за прототип, согласно которому проводили химическое соосаждение гидроксидов иттрия, лантана и железа (III) в воде, используя в качестве исходных веществ хлориды иттрия и лантана, нитрат железа (III) и водный раствор аммиака. Соосаждение солей вели таким образом: раствор, содержащий YCl3, LaCl3 и Fe(NO3)3, кипятили в течение 5 мин. Полученный раствор охлаждали до комнатной температуры, затем к нему медленно прибавляли разбавленный водный раствор аммиака 0.3 М в количестве, необходимом для полного осаждения катионов Y3+, La3+ и Fe3+. Введение аммиака производили по каплям с постоянным перемешиванием механической мешалкой со скоростью 3000 об/мин. После введения аммиака перемешивание продолжали еще 15 мин, затем осадки фильтровали, промывали и высушивали при комнатной температуре до постоянной массы. Нанокристаллы Y1-xLaxFeO3 получали прокаливанием полученного осадка в муфельной печи при Т=700°C или 800°C в течение 90 мин.

Однако во всех известных работах в качестве допанта используется элемент, чей ионный радиус незначительно отличается от ионного радиуса иттрия. Значительная разница в ионных радиусах между допантом и замещаемым элементом приводит к сильному искажению кристаллической структуры.

Допирование двузарядными ионами может привести систему к слабому ферромагнитному упорядочению в связи с изменением угла Fe-O-Fe, в результате чего намагниченность частиц увеличивается. Введение в решетку ионов с большим радиусом приводит к сильным искажениям кристаллической решетки, что увеличивает изменение угла Fe-O-Fe. Как следствие, можно ожидать увеличения удельной намагниченности при допировании ионами с большим радиусом.

Задача настоящего изобретения заключается в получении нанокристаллического порошка ортоферрита иттрия, обладающего смешанным типом магнитных свойств.

Технический результат заключается в формировании магнитных порошков Y1-xBaxFeO3 со структурой перовскита, позволяющих варьировать значения коэрцитивной силы и удельной намагниченности от магнитомягкого до магнитожесткого материала.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования нанокристаллических порошков Y1-xBaxFeO3 золь-гель методом, включающем кипячение раствора исходных веществ в водном растворе аммиака в течение 5 мин, где в качестве исходных веществ использовались нитрат железа и соединения иттрия и допанта, охлаждение раствора до комнатной температуры, добавление по каплям при перемешивании раствора осадителя в количестве, необходимом для полного осаждения катионов, перемешивание со скоростью 3000 об/мин в течение 15 мин, фильтрование, промывание и высушивание полученного осадка при комнатной температуре до постоянной массы, прокаливание осадка в муфельной печи, согласно изобретению в качестве допанта использовали барий Ва, а в качестве исходных соединений иттрия и допанта использовались их нитраты при следующих концентрациях: 0.008 × (1-х) М Y(NO3)3, 0.008 × х М Ba(NO3)2, где степень допирования х≤0.1, 0.008 М Fe(NO3)3, в качестве раствора осадителя использовали водный раствор карбоната натрия, а прокаливание осадка в муфельной печи проводили при температуре 750°C в течение 60 мин.

На фиг. 1 приведены рентгеновские дифрактограммы образцов Y1-xBaxFeO3 при степени допирования (1) х=0.05, (2) х=0.1, (3) x=0.15, (4) х=0.2.

На фиг. 2 приведены кривые намагниченности для образцов Y1-xBaxFeO3 при степени допирования (а) х=0, (б) х=0.05, (в) x=0.1.

Искажение кристаллической решетки влияет на рост кристаллитов, препятствуя значительному укрупнению частиц. Использование в качестве допанта ионов бария с радиусом, значительно отличающимся от радиуса замещаемого атома, вызывает сильные искажения решетки и позволяет ожидать уменьшения среднего размера частиц. Уменьшение размеров частиц нанопорошков позволяет увеличить плотность записи информации в устройствах, создаваемых на основе магнитожестких порошков.

Магнитомягкие порошки находят свое применение в качестве материалов для считывающих головок в таких устройствах. Возможность создания как магнитомягких, так и магнитожестких порошков на основе Y1-xBaxFeO3 позволяет создавать магнитные устройства хранения информации с использованием одного материала, варьируя степень допирования.

Способ позволяет осуществить допирование ортоферрита иттрия барием, чей ионный радиус превышает значение такового для иттрия практически на 50% (r(Y3+)=0,104 нм; r(Ва2+)=0,149 нм).

При допировании барием изменяется характер магнитной структуры материала, что отражается на его магнитных свойствах.

Используемый режим отжига позволяет получать однофазные продукты со средним размером частиц ~50 нм (ВРПЭМ, Carl Zeiss LIBRA 120), дальнейшее увеличение температуры и времени отжига нежелательно, так как приводит к укрупнению отдельных частиц.

Фазовый состав сформированных образцов определялся методом рентгенофазового анализа (РФА, Thermo ARL X′tra). Согласно данным РФА (фиг. 1) синтезированные нанопорошки представляют собой однофазный продукт со структурой перовскита. При степени допирования до 0.1 включительно посторонние фазы отсутствуют. При больших степенях допирования образуются примесные фазы Y2O3, BaO, BaY2O4. Это позволяет говорить об образовании твердых растворов Y1-xBaxFeO3 для х≤0.1.

Магнитные характеристики синтезированных образцов (фиг. 2) определялись на вибрационном магнитометре ВМА-1 в поле до 8 кЭ.

Исходный недопированный YFeO3 (х=0), синтезированный золь-гель методом, представляет собой магнитомягкий материал с небольшой величиной коэрцитивной силы и удельной намагниченности (HC=50 Э, М=0.1 А·м2/кг). При степени допирования х=0.05 происходит переход к магнитожесткому материалу с большим значением коэрцитивной силы, одновременно отмечается увеличение удельной намагниченности (HC=3.2 кЭ, М=0.4 А·м2/кг). Для образца со степенью допирования х=0.1 наблюдается значительное увеличение удельной намагниченности и уменьшение коэрцитивной силы (HC=1 кЭ, М=4 А·м2/кг). При этом характер кривой намагниченности отвечает материалу, сочетающему в себе одновременно магнитомягкие и магнитожесткие свойства. Необходимо отметить, что для других двузарядных ионов (Са, Sr, Cd), применявшихся для допирования ортоферрита иттрия, подобной картины не наблюдается.

Таким образом, допирование ортоферрита иттрия барием позволяет варьировать значения коэрцитивной силы и удельной намагниченности от магнитомягкого до магнитожесткого материала с возможностью создания материала, обладающего смешанным типом магнитных свойств.

Способ получения нанокристаллического магнитного порошка допированного ортоферрита иттрия, включающий кипячение в течение 5 мин исходного раствора, содержащего нитрат железа Fe(NO3)3, соединение иттрия и соединение допанта, охлаждение полученного раствора до комнатной температуры, добавление в него по каплям при перемешивании раствора осадителя в количестве, необходимом для полного осаждения катионов, перемешивание со скоростью 3000 об/мин в течение 15 мин, фильтрование, промывание и высушивание полученного осадка при комнатной температуре до постоянной массы и прокаливание осадка в муфельной печи, отличающийся тем, что в качестве соединения иттрия используют нитрат иттрия Y(NO3)3, в качестве соединения допанта - нитрат бария Ва(NO3)2, при этом исходный раствор содержит компоненты в следующих концентрациях:

Fe(NO3)3 0,008 М
Y(NO3)3 0,008 × (1-х) М
Ba(NO3)2 0,008 × х М,

где х - степень допирования, х≤0,1, при этом в качестве раствора осадителя используют водный раствор карбоната натрия, а прокаливание осадка в муфельной печи проводят при температуре 750°C в течение 60 мин с образованием нанокристаллического порошка ортоферрита иттрия состава Y1-xBaxFeO3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания ферритовых материалов с большими величинами ширины линии спиновых волн, предназначенных для использования в СВЧ диапазоне, в том числе при изготовлении ферритов для приборов высокого уровня мощности сантиметрового диапазона длин волн.

Изобретение относится к области металлургии. Для снижения магнитных потерь в железе W17/50 (Вт/кг) по всей длине конечного рулона получают сляб из текстурированной электротехнической стали, содержащей, в мас.%: С 0,001 - 0,10, Si 1,0-5,0, Μn 0,01-0,5, Al раств.

Изобретение относится к области металлургии. Техническим результатом изобретения является обеспечение в листе текстурированной электротехнической стали сниженных потерь в железе и пониженных шумов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из текстурированной электротехнической стали для сердечников трансформаторов. Лист после облучения поверхности лазерным или электронным пучком содержит области (X) замыкающих доменов, сформированные для разделения магнитных доменов в направлении прокатки, от одного конца до другого в направлении ширины стального листа, с обеспечением выполнения выражения − ( 500 t − 80 ) × s + 230 ≤ w ≤ − ( 500 t − 80 ) × s + 330 , где t - толщина листа (мм); w - наименьшая ширина областей (X) (мкм), измеренных на передней и задней поверхностях стального листа с использованием метода Биттера; и s - среднее число областей (X), находящихся в одном кристаллическом зерне.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Магнитоактивное соединение получают путем конденсации из растворов сульфата или хлорида железа (II) и окислителя при их смешении.
Изобретение относится к магнитострикционному керамическому материалу на основе лантан-стронциевого манганита, полученному методом порошкой металлургии, который может найти применение в различных областях техники, например при изготовлении сверхчувствительных приемников звука, в клапанах, расходомерах, линиях задержки звуковых и электрических сигналов и пр.

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения свойств наложения постоянного тока листа из электротехнической стали в сердечнике, возбуждаемого на высокой частоте, лист имеет химический состав, включающий, в мас.%: C менее 0,010, Si 1,5-10 и остальное Fe и случайные примеси, в котором основная ориентация в текстуре стального листа является <111>//ND и отношение интенсивности основной ориентации относительно ориентированного случайным образом образца составляет не менее 5, и предпочтительно отношение интенсивности относительно ориентированного случайным образом образца {111}<112> ориентации составляет не менее 10, и более предпочтительно отношение интенсивности {310}<001> ориентации ориентированного случайным образом образца составляет не более 3, и более предпочтительно концентрация Si имеет градиент, при котором она является высокой на стороне поверхностного слоя и низкой в центральной части в направлении толщины, и максимальное значение концентрации Si составляет не менее 5,5 мас.
Изобретение относится к коллоидным системам, а именно к способу получения магнитной жидкости на основе воды, и может быть использовано в различных технологических устройствах, в том числе в устройствах сепарации материалов по плотности.

Изобретение относится к текстурированному листу из электротехнической стали, используемому для изготовления сердечника трансформатора. Для снижения уровня шума в трансформаторе и потерь в железе согласно настоящему изобретению в листе, подвергнутом обработке для измельчения магнитных доменов, создают области пластической деформации, располагаемые в точечной последовательности в направлении ширины стального листа, при этом длина d каждой области пластической деформации составляет от 0,05 мм до 0,4 мм, а отношение (Σd/Σw) суммы Σd длин d к сумме Σw интервалов w каждой из вышеуказанных областей пластической деформации - в диапазоне от 0,2 до 0,6, причем области пластической деформации в листе создают посредством воздействия электронным пучком.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к текстурированному листу из электротехнической стали, который может быть использован в качестве сердечника трансформатора.

Изобретение относится к люминесцирующим растворимым соединениям двухвалентных лантанидов, находящих широкое применение в различных отраслях промышленности и науки.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сырья для горячего прессования фторидной лазерной керамики. Способ получения порошка фторида стронция, активированного фторидом неодима, включает взаимодействие раствора фторида аммония с раствором, содержащим нитрат стронция и нитрат неодима.

Изобретение может быть использовано для переработки и дезактивации редкоземельного концентрата (РЗК), выделенного из апатитового концентрата и продуктов его переработки - фосфогипса и экстракционной фосфорной кислоты.

Изобретение относится к способу получения высокочистых соединений 177Lu, свободных от носителя, для медицинских целей и/или диагностических целей. Способ получения соединений 177Lu из соединений l76Yb, облучаемых тепловыми нейтронами, включает введение в первую колонку, заполненную катионообменным материалом, исходных веществ, растворенных в минеральной кислоте и содержащих l77Lu и 176Yb в примерном массовом соотношении от 1:102 до 1:1010, замену протонов катионообменного материала на ионы аммония с использованием раствора NH4Cl, промывку катионообменного материала водой, соединение выходного отверстия первой колонки и входного отверстия второй колонки, введение воды и хелатообразующего агента во входное отверстие первой колонки, чтобы элюировать соединения 177Lu из первой и второй колонок, определение уровня радиоактивного излучения на выходе второй колонки для подтверждения элюирования соединений 177Lu, сбор первого элюата 177Lu из выходного отверстия второй колонки в сосуд, протонирование хелатообразующего агента, загрузка конечной колонки путем непрерывной подачи полученного элюата l77Lu во входное отверстие конечной колонки, промывку от хелатообразующего агента разбавленной минеральной кислотой, удаление следов ионов других металлов из раствора l77Lu путем промывки катионообменного материала конечной колонки минеральной кислотой в разных концентрациях и элюирование ионов 177Lu из конечной колонки с помощью высококонцентрированной минеральной кислоты.

Изобретение относится к способам получения соединений карбоната лантана и их применению, а именно к способам получения гидроксида карбоната лантана и диоксикарбоната лантана и фармацевтической композиции, содержащей диоксикарбонат лантана.

Изобретение относится к технологии синтеза полупроводниковых материалов и может быть использовано при массовом производстве тензочувствительных материалов на основе сульфида самария (SmS).
Изобретение относится к сложным оксидам и способам их получения. Предложен сложный оксид, содержащий церий и, по меньшей мере, один из редкоземельных элементов-металлов, исключая церий и включая иттрий, в массовом соотношении от 85:15 до 99:1 в пересчете на оксиды, и который дополнительно содержит кремний в количестве от более чем 0 мас.ч.

Изобретение может быть использовано при получении редкоземельных металлов (РЗМ) из бедного или техногенного сырья с помощью ионной флотации. Способ извлечения солей празеодима (III) из нитратных растворов включает введение в раствор собирателя - додецилсульфата натрия.
Изобретение может быть использовано при изготовлении нейтронопоглощающих материалов для стержней регулирования систем управления и защиты ядерных реакторов. Способ получения керамических материалов на основе нанокристаллических порошков гафната диспрозия включает изготовление смешанного гидроксида диспрозия и гафния путем растворения в воде солей HfOCl2·8H2O и Dy(NO3)3·5H2O и добавления полученного раствора к раствору аммиака.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в разрядных источниках излучения. Защитное покрытие на внутренней поверхности разрядных оболочек источников излучения содержит оксид алюминия, оксид иттрия, оксид магния, оксид циркония и оксид тория.

Изобретение относится к способу получения порошка наноразмерного гидроксиапатита (нГА) в микроволновом поле с использованием агар-агара в качестве выгорающей добавки.
Наверх