Хімія, фізика та технологія поверхні, 2018, 9 (2), 190-198.

Синтез і магнітні характеристики наночастинок залізо-ітрієвого гранату



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.190

P. P. Gorbyk, I. V. Dubrovin, M. V. Abramov

Анотація


Метод хімічного осадження при синтезі нанокристалів привернув до себе увагу завдяки низькій температурі і високій однорідності частинок за розмірами.

Метою цієї роботи є пошук і створення високоефективної енергозберігаючої методики синтезу нанокристалів Y3Fe5O12 методом хімічного осадження з використанням НВЧ випромінювання, дослідження морфології кристалів і магнітних властивостей.

Наночастинки Y3Fe5O12 синтезували методом спільного осадження гідроксидів ітрію і заліза(III). Для ініціювання хімічних реакцій, управління зародкоутворенням і формуванням нових фаз використовували вплив мікрохвильового електромагнітного випромінювання НВЧ діапазону на водні розчини прекурсорів. Потужність мікрохвильового випромінювання варіювали від 0.14 до 1.4 кВт, змінюючи шпаруватість процесу. Частота випромінювання – 2.45 ГГц, час проведення процесу - від 6 до 66 хв. Нанокристали Y3Fe5O12 отримували відпалюванням осаду в муфельній печі. Значна частка частинок, отриманих при мікрохвильовій обробці прекурсора (осаду) в НВЧ печі, мала сферичну форму. Середній діаметр отриманих після синтезу наночастинок Y3Fe5O12 становив ~ 41 нм. Петлі гістерезису магнітного моменту зразків вімірювали з допомогою лабораторного вібраційного магнітометра фонерівського типу при кімнатній температурі. Встановлено з використанням рентгенофазового аналізу, растрової електронної мікроскопії та аналізу питомої поверхні фазовий склад, структуру і морфологію магнітних наночастинок. Показано, що коригування їх розміру може бути ефективно здійснено за допомогою гідротермальної рекристалізації. Виявлено, що шляхом зміни тривалості мікрохвильових і/або термічної обробки можна отримати нанодисперсний матеріал із заданими (в певних межах) значеннями намагніченості насичення і коерцитивної сили. Високі для наночастинок значення питомої намагніченості насичення дають можливість застосувати ці матеріали в медицині як магнітний носій лікарських препаратів або для використання при магнітній гіпертермії.


Ключові слова


методика Ельмора; гідротермальна рекристалізація; ітрій – залізний ферит; петля гістерезису; намагніченість насичення; коерцитивна сила; фазовий склад; структура; морфологія; НВЧ випромінювання

Повний текст:

PDF

Посилання


1. Sun Z., Yuan D., Li H., Duan X., Sun H., Wang Z., Wei X., Xu H., Luan C., Xu D., Lu M. Synthesis of yttrium aluminum garnet by a new sol–gel method. J. Alloys Compd. 2004. 379(1–2): L1. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.02.030

2. Fedorov P.P., Maslov V.A., Usachev V.A., Kononenko N.E. Synthesis of laser ceramics based on nanodispersed powders of alumite yttrium garnet Y3Al5O12. Herald of the Bauman Moscow State Technical University Series Instrument Engineering. 2012. 28. [in Russian].

3. Wohlfarth E.P. Ferromagnetic materials: A handbook of the properties of magnetically ordered substances. (Amsterdam: North-Holland, 1980). [in Russian].

4. Bulatova A.N., Smirnov V.V. Influence of the composition and synthesis conditions on the magnetic properties and structure of substituted ferrite garnets. Physics and Chemistry of Materials Treatment. 2008. 5: 61. [in Russian].

5. Nielsen J.W., Dearborn E.F. System state diagram Fe2O3 – YFeO3. J. Phys. Chem. Solids. 1958. 5(3). 202. https://doi.org/10.1016/0022-3697(58)90068-4

6. Chekhun V.F., Sukhodub L.F., Movchan B.A., Bondar V.V., Lukyanova N.Yu., Kaetsky I.K., Danilchenko S.N. Methods of obtaining nano-sized materials. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2011. 9(1): 247. [in Russian].

7. Fedoriv V.D., Stashko N.V., Yaremy I.P., Moklyak V.V. The forming the structure of the yttrium iron garnet on the basis of the feedstock got by the sol-gel method. Physics and Chemistry of Solid State. 2012. 13(3): 766. [in Ukrainian].

8. Ostafychuk B.K., Fedoriv V.D., Stashko N.V. Vliv of technologic minds of sol-gel synthesis on the process of formation of single-phase polycrystalline iron-yttrium garnet. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2014. 12(3): 553. [in Ukrainian].

9. Bushkova V.S. Synthesis and study of the properties of nanoferrites obtained by the sol-gel method with participation of auto-combustion. Journal of Nano- and Electronic Physics. 2015. 7(1): 01023. [in Russian].

10. Kopaev A.V., Zadnipryanny D.L., Tafiychuk Yu.N. Structure, properties and features of synthesis of nickel-aluminum ferrites obtained by the sol-gel method with the participation of auto-burning. Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii. 2012. 10(2): 289. [in Russian].

11. Praveena K., Sadhana K., Srinath S., Murthy S.R. Effect of pH on structural and magnetic properties of nanocrystalline Y3Fe5O12 by aqueous co-precipitation method. Materials Research Innovations. 2013. 18(1): 69. https://doi.org/10.1179/1433075X13Y.0000000116

12. Vanetsov A.S., Tretyakov Yu.D. Microwave-assisted synthesis of individual and multicomponent oxides. Russ. Chem. Rev. 2007. 76(5): 397. [in Russian]. https://doi.org/10.1070/RC2007v076n05ABEH003650

13. Vanetsev A.S., Ketsko V.A., Tretyakov Yu. D. Evolution of the microstructure of individual metal oxides under microwave action. Condensed Matter and Interphases. 2007. 11(4): 280. [in Russian].

14. Borisenko N.V., Bogatyrev V.M., Dubrovin I.V., Abramov N.V., Gaeva M.V., Gorbyk P.P. Synthesis and properties of magnetosensitive nanocomposites based on iron oxide and silicon. In: Physicochemistry of nanomaterials and supramolecular structures. V. 1. (Kyiv: Naukova Dumka, 2007) 394. [in Russian].

15. Semenov V.E., Rybakov K.I., Bykov YuV. High-temperature microwave processing of materials. Journal of Physics D: Applied Physics. 2001. 34(13): R55. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/13/201




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp09.02.190

Copyright (©) 2018 P. P. Gorbyk, I. V. Dubrovin, M. V. Abramov