Влияние замещения железа алюминием и титаном в гексаферрите бария BaFe(12-2x)TixAlxO19 на структуру и свойства

Влияние замещения железа алюминием и титаном в гексаферрите бария BaFe(12-2x)TixAlxO19 на структуру и свойства

Автор: Солизода Иброхими Ашурали, Живулин Владимир Евгеньевич, Стариков Андрей Юрьевич, Павлова Ксения Петровна, Шерстюк Дарья Петровна, Трофимов Евгений Алексеевич, Мосунова Татьяна Владимировна, Винник Денис Александрович, Михайлов Геннадий Георгиевич, Вяткин Герман Платонович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry

Рубрика: Физическая химия

Статья в выпуске: 1 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Изучение ферритов на сегодняшний день является одним из актуальных научных направлений, что подтверждается большим количеством публикаций по данной теме. Ферриты являются востребованным материалом для применения в высокочастотной электронике. Для СВЧ электроники наиболее перспективными являются ферриты, имеющие структуру магнетоплюмбита, такие как гексаферрит бария BaFe12O19 и твердые растворы на его основе. Замещение атомов железа в структуре гексаферрита бария другими элементами, такими как алюминий или титан, приводит к значительному изменению физических свойств, таких как магнитная проницаемость, намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, температура Кюри, частота ферромагнитного резонанса, электрическая проводимость. Таким образом, понимание того, как каждый из замещающих железо элементов влияет на физические свойства твердого раствора на основе гексаферрита бария, дает нам возможность плавно настраивать характеристики феррита под конкретную инженерную задачу. Данная работа посвящена изучению влияния замещения атомов железа в структуре гексаферрита бария атомами алюминия и титана на изменение параметров кристаллической решетки и физических свойств. Методом твердофазного синтеза были получены монофазные образцы на основе гексаферрита бария составов BaFe12O19, BaFe11AlO19, BaFe11TiO19 и BaFe11Al0,5Ti0,5O19. Степень замещения железа алюминием, титаном и совместным замещением алюминием и титаном была одинакова для всех образцов. Полученные в результате спекания образцы изучали методами рентгенофазового анализа, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, и дифференциальной сканирующей калориметрии. По данным рентгеноструктурного анализа были выявлены закономерности изменения параметров кристаллической решетки от замещающего атома. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии измерена температура Кюри для всех исследуемых образцов. Сделаны выводы о влиянии замещающего элемента на значение температуры Кюри.

Еще

Керамика, твёрдофазный синтез, гексаферрит бария, замещение железа алюминием и титаном, параметры кристаллической решетки

Короткий адрес: https://sciup.org/147236616

IDR: 147236616   |   DOI: 10.14529/chem220112

Список литературы Влияние замещения железа алюминием и титаном в гексаферрите бария BaFe(12-2x)TixAlxO19 на структуру и свойства

  • Rianna M., Sembiring T., Kurniawan C., Setiadi E.A., Simbolon S., Ginting M., Sebayang P. Mi-crostructure and Magnetic Properties of BaFe12–2xMgxAlxO19 for Microwave Absorbing Materials. Int. J. Appl. Eng. Res., 2017, vol. 12, no. 17, pp. 6586–6590.
  • Wang S., Ding J., Shi Y., Chen, Y.J. High Coercivity in Mechanically Alloyed BaFe10Al2O19. J. Magn. Magn. Mater., 2000, vol. 219, pp. 206–212. DOI: 10.1016/S0304-8853(00)00450-9.
  • Haneda K., Kojima H. Magnetization Reversal Process in Chemically Precipitated and Ordinary Prepared BaFe12O19. J. Appl. Phys., 1973, vol. 44, no. 8, pp. 3760–3762. DOI: 10.1063/1.1662836.
  • Li Y., Wang Q., Yang H. Synthesis, Characterization and Magnetic Properties on Nanocrystalline BaFe12O19 Ferrite. Current Applied Physics., 2009, vol. 9(6), pp. 1375–1380. DOI: 10.1016/j.cap.2009.03.002.
  • Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Yakushechkina A.K., Semisalo-va A.S., Gudkova S.A., Anikeev A.N., Perov N.S., Isaenko L.I., Niewa R. Tungsten Substituted BaFe12O19 Single Crystal Growth and Characterization. Mater. Chem. Phys., 2015, vol. 155, pp. 99–103. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2015.02.005.
  • Gunanto Y.E., Izaak M.P., Sitompul H., Adi W.A. Reflection Loss Characteristic as Coating Thickness Function on the Microwave Absorbing Paint at a Frequency of 8–12 GHz. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 515, pp. 012074. DOI: 10.1088/1757-899x/515/1/012074.
  • Ghasemi A., Morisako A. Static and High Frequency Magnetic Properties of Mn–Co–Zr Substi-tuted Ba-ferrite. J. Alloys Compd., 2008, vol. 456 (1–2), pp. 485–491. DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.02.101.
  • Vinnik D.A., Zherebtsov D.A., Lubov S., Mashkovtseva L.S., Nemrava S., Perov N.S., Semisa-lova A.S., Krivtsov I.V., Isaenko L.I., Mikhailov G.G., Niewa R. Ti-Substituted BaFe12O19 Single Crys-tal Growth and Characterization. Cryst. Growth Des., 2014, vol. 14, no. 11, pp. 5834–5839. DOI: 10.1021/cg501075c.
  • Shaayan A., Abdellahi M., Shahmohammadian F., Jabbarzare S., Khandan A., Ghayour H. Mechanochemically Aided Sintering Process for the Synthesis of Barium Ferrite: Effect of Aluminum Substitution on Microstructure, Magnetic Properties and Microwave Absorption. J. Alloys Compd., 2017, vol. 708, pp. 538–546. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.02.305.
  • Harris V.G., Geiler A., Chen Y., Yoon S.D., Wu M., Yang A., Chen Z., He P., Parimi P.V., Zuo X., Patton C.E., Abe M., Acher O., Vittoria C. Recent Advances in Processing and Applications of Microwave Ferrites. J. Magn. Magn. Mater., 2009, vol. 321 (14), pp. 2035–2047. DOI: 10.1016/j.jmmm.2009.01.004.
  • Belrhazi H., El Hafidi M.Y., El Hafidi M. Permanent Magnets Elaboration from BaFe12O19 Hexaferrite Material: Simulation and Prototype. Res. Dev. Material Sci., 2019, vol. 11, iss. 2, pp. 1143–1147. DOI: 10.31031/RDMS.2019.11.000757.
  • Valenzuela R. Novel Applications of Ferrites. Phys. Res. Int., 2012, vol. 2012, 591839. DOI: 10.1155/2012/591839.
  • González-Angeles A., Mendoza-Suarez G., Grusková A., Papánová M., Slama, J. Magnetic Studies of Zn–Ti-substituted Barium Hexaferrites Prepared by Mechanical Milling. Mater. Lett., 2005, vol. 59(1), pp. 26–31. DOI: 10.1016/j.matlet.2004.09.012.
  • Hong Y.S., Ho C.M., Hsu H.Y., Liu C.T. Synthesis of Nanocrystalline Ba(MnTi)xFe12−2xO19 Powders by the Sol–Gel Combustion Method in Citrate Acid–Metal Nitrates System (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0). J. Magn. Magn. Mater., 2004, vol. 279(2–3), pp. 401–410. DOI: 10.1016/j.jmmm.2004.02.008.
  • Yue Z., Zhong M., Ma H., Guo G. Effect of Al-substitution on Phase Formation and Magnetic Properties of Barium Hexaferrite Synthesized with Sol-Gel Auto-combustion Method. J. Shanghai Univ. (Engl. Ed.), 2008, vol. 12, no. 3, pp. 216–220. DOI: 10.1007/s11741-008-0306-1.
  • Alange R.C., Khirade P.P., Birajdar S.D., Humbe A.V., Jadhav K.M.. Structural, Magnetic and Dielectrical Properties of Al–Cr Co-substituted M-Type Barium Hexaferrite Nanoparticles. J. Mol. Struct., 2016, vol. 1106, pp. 460–467. DOI: 10.1016/j.molstruc.2015.11.004.
  • Phan T.L., Tran N., Nguyen H.H., Yang D.S., Dang N.T., Lee B.W. Crystalline and Electronic Structures and Magnetic Properties of BaCo1-xMnxFe11O19 Hexaferrites. J. Alloys Compd., 2019, vol. 816, pp. 152528. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.152528.
  • Li Z.W., Ong C.K., Yang Z., Wei F.L., Zhou X.Z., Zhao J.H., Morrish A.H. Site Preference and Magnetic Properties for a Perpendicular Recording Material: BaFe12-xZnx/2Zrx/2O19 Nanoparticles. Phys. Rev. B., 2000, vol. 62, no. 10, pp. 6530–6537. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.6530.
  • Liu Y., Drew M.G.B., Liu Y., Wang J., Zhang M. Preparation, Characterization and Magnetic Properties of the Doped Barium Hexaferrites BaFe12−2xCox/2Znx/2SnxO19, x = 0.0–2.0. J. Magn. Magn. Mater., 2010, vol. 322, no. 7, pp. 814–818. DOI: 10.1016/j.jmmm.2009.11.009.
  • Rianna M., Situmorang M., Kurniawan C., Tetuko A.P., Setiadi E.A., Ginting M., Sebayang P. The Effect of Mg-Al Additive Composition on Microstructure, Magnetic Properties, and Microwave Absorption on BaFe12–2xMgxAlxO19 (x = 0–0.5) Material Synthesized from Natural Iron Sand. Mater. Lett., 2019, vol. 256, pp. 126612. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.126612.
  • Radwan M., Rashad M.M., Hessien M.M. Synthesis and Characterization of Barium Hexaferrite Nanoparticles. J. Mater. Process. Technol., 2007, vol. 181, no. 1–3, pp. 106–109. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2006.03.015.
  • Mallick K.K., Shepherd P., Green R.J. Dielectric Properties of M-type Barium Hexaferrite Pre-pared by Co-precipitation. J. Eur. Ceram. Soc., 2007, vol. 27, no. 4, pp. 2045–2052. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.098.
  • Trukhanov A., Panina L., Trukhanov S., Turchenko V., Salem M. Evolution of Structure and Physical Properties in Al-substituted Ba-hexaferrites. Chin. Phys. B, 2016, vol. 25, no. 1, pp. 016102. DOI: 10.1088/1674-1056/25/1/016102.
  • Manawan M., Manaf A., Soegijono B., Yudi A. Microstructural and Magnetic Properties of Ti2+-Mn4+ Substituted Barium Hexaferrite. Adv. Mater. Res., 2014, vol. 896, pp. 401–405. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.896.401.
  • Zhivulin V.E., Solizoda I.A., VinnikD.A., Gudkova S.A., Trofimov E.A., Starikov A.Yu., Zait-seva O.V., Sherstyuk D.P., Vasiljeva A.E., Zherebtsov D.A., Taskaev S.V., Zezyulina P.A., Petrov D.A., Trukhanov A.V. Impact of Al3+ Ions on Magnetic and Microwave Properties of BaM:Ti Hexaferrites. J. Mater. Res. Technol., 2021, vol. 11, pp. 2235–2245. DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.02.051.
  • Lisjak D. The Low-temperature Sintering of M-type Hexaferrite. J. Eur. Ceram. Soc., 2012, vol. 32, pp. 3351–3360. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.04.003.
  • Li K., Gu H., Wei Q. A Novel Hydrothermal Synthesis Method for Barium Ferrite. China Parti-cuol., 2004, vol. 2, is. 1, vol. 41–43. DOI: 10.1016/S1672-2515(07)60019-0.
  • Yamauchi T., Tsukahara Y., Sakata T., Mori H., Chikata T., Katoh S., Wada, Y. Barium Ferrite Powders Prepared by Microwave-Induced Hydrothermal Reaction and Magnetic Property. J. Magn. Magn. Mater., 2009, vol. 321, is. 1, pp. 8–11. DOI: 10.1016/j.jmmm.2008.07.005.
  • Obradors X., Collomb A., Pernet M., Samaras D., Joubert J. C. X-Ray Analysis of the Structural and Dynamic Properties of BaFe12O19 Hexagonal Ferrite at Room Temperature. J. Solid State Chem., 1985, vol. 56, pp. 171–181. DOI: 10.1016/0022-4596(85)90054-4.
  • Shannon, R.D., Prewitt, C. T. Effective Ionic Radii in Oxides and Fluorides. Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Crystallogr. Cryst. Chem., 1969, vol. A32, pp. 925-946. DOI: 10.1107/s0567740869003220.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp