CC BY
13
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 6
УДК 544.778.4
Д. В. Белорусский, А. И. Шарапаев*, Е. В. Юртов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
* e-mail: a.sharapaev@gmail.com
ПОЛУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ Ег-ЗАМЕЩЁННОГО МАГНЕТИТА ErxFe3-xO4
Аннотация
Методом соосаждения получены наночастицы состава ErxFe3-xO4. Исследована микроструктура и фазовый состав полученных материалов исследованы при помощи просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Выявлено увеличение постоянной решётки с ростом содержания эрбия. Показано увеличение среднего размера частиц с 13±2,9 нм до 22±5,3 нм при увеличении содержания эрбия с 1,4 до 10,7 % ат.
Ключевые слова: магнитные наноматериалы, наночастицы, замещённый магнетит.
Магнитные наноматериалы играют большую роль в современной электронике, технике, биомедицинских применениях и других областях. Области применения диктуют свои требования к используемым материалам. Так для громкоговорителей, необходимо наличие у материалов высокой коэрцитивной силы. Для биомедицинских применений, изготовления сердечников трансформаторов и др. необходимы материалы, сочетающие низкое значение коэрцитивной силы с высокой магнитной восприимчивостью. Достижение заданных магнитных характеристик материала возможно за счёт контроля размера кристаллитов, состава и параметров кристаллической решётки. Одним из наиболее перспективных классов магнитных материалов являются замещённые ферриты-шпинели
Полученный материал осаждался при помощи постоянного магнита, многократно промывался дистиллированной водой и высушивался в печи при температуре 110 °C.
Размер и форма частиц определялись методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ LEO912 AB OMEGA). На рисунке 1 представлены микроизображения образцов. Полученные частицы имеют близкую к сферической форму, средний размер частиц составляет 13±2,9 нм, при большем содержании эрбия размер увеличивался до 22±5,3 нм.
Для определения структуры наночастиц использовался анализ порошковых дифрактограмм. Дифрактограммы снимались с использованием
[1]. Основное внимание в литературе уделено кобальтовым ферритам-шпинелям [2,3], примеры получения замещённых железных ферритов-шпинелей (МехРез-х04) редки [4].
В данной работе рассмотрено влияние замещения ионов Ре3+ ионами Ег3+. В данной работе за основу была взята методика, использованная для получения кобальтовых ферритов в работе [2]. В качестве исходных материалов были взяты РеС1г4Н20, РеСЬ^бШО и Ег(~Ы0з)з^5Н20. Раствор солей по каплям добавлялся к раствору КОН при 100 °С. Суммарная концентрация солей составляла 0,1 М, избыточная концентрация ОН- - 0,01 М. После добавления раствора солей, смесь выдерживалась 1 час при температуре кипения. Возможное уравнение реакции представлено ниже (1):
(1)
монохроматизированного Cu-Ka излучения. Как видно из дифрактограммы (рис. 2.), все наблюдаемые рефлексы могут быть отнесены к магнетиту. Пики значительно уширены, вследствие малого размера кристаллитов. При увеличении степени замещения происходит сдвиг пиков, характерных для магнетита в сторону больших углов 20, что отмечено в литературе [2] и может быть объяснён увеличением постоянной решётки, из-за замещения ионов Fe3+ большими по размеру ионами Er3+.
Рассчитанные значения постоянной решётки и средний размер частиц, определённый методом просвечивающей электронной микроскопии, приведены в Таблице 1.
xEr(NÜ3)3 + FeCl2 + (2-x)FeCl3 + 8KOH^ ErxFe3-xÜ4 + (8-3x)KCl +3xKNÜ3 + 4H2O
Рис. 1. ПЭМ-изображение наночастиц состава Ero,iFe2,9O4 (а) и Ero,75Fe2,25O4 (б)
. ■ Д. К J.
Си*л (1 V.H7* А)
■ л млс
» Л л® '1 з. ЯП
Рис. 2. Рентгеновская дифрактограмма нанопорошка состава Er0,1Fe2,9O4 Таблица 1. Результаты исследования нанопорошков
Состав частиц Размер частиц по ПЭМ, нм Постоянная решётки, нм
Ero,iFe2,9O4 13±2,9 8,37
Ero,25Fe2,75O4 17±3,3 -
Ero,55Fe2,45O4 20±7,1 -
Ero,75Fe2,25O4 22±5,3 8,40
Как следует из результатов работы, с увеличением степени замещения происходит увеличение
постоянной решетки и среднего размера частиц. Увеличение постоянной решётки может быть объяснено искажением кристаллической решётки при замещении ионов Бе3+ большими по размеру ионами Бг3+, радиусы ионов равны 0,064 и 0,103 нм соответственно, что хорошо согласуется с литературными данными. Увеличение содержания эрбия выше 4 % ат. (состав Er0.25Fe2.75O4) приводит к увеличению доли аморфной фазы.
Белорусский Дмитрий Владимирович студент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Шарапаев Александр Игоревич ассистент кафедры наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Юртов Евгений Васильевич д.х.н., член-корр. РАН, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Investigation of structure and magnetic properties of nanocrystalline iron oxide powders for use in magnetic fluids / A.G. Muradova // Journal of Alloys and Compounds. - 2014. - V. 586. - P. S298-S300.
2. Amiri, S., Shokrollahi, H. Magnetic and structural properties of RE doped Co-ferrite (RE=Nd, Eu, and Gd) nanoparticles synthesized by co-precipitation// Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2013. -V. 345. - P. 18-23.
3. Synthesis, structural, dielectric, magnetic and optical properties of Cr substituted CoFe2O4 nanoparticles by co-precipitation method / M. Vadivel [a.o.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2014. - V. 362. - P. 122-129.
4. Synthesis and super-paramagnetic properties of neodymium ferrites nanorods / H. E. Moussaoui [a.o.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2013. - V. 581. - P. 776-781.
Belorusskiy Dmitry Vladimirovich, Sharapaev Alexander Igorevich*, Yurtov Evgeny Vasilevich D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: a.sharapaev@gmail.com
SYNTHESIS OF Er-SUBSTITUTED MAGNETITE (ErxFe3-xO4) NANOPARTICLES
Abstract
Nanoparticles with composition ErxFe3-xO4 were obtained by coprecipitation method. Microstructure and phase composition of obtained materials were investigated by transition electron microscopy and x-ray diffraction. An increase of the lattice constant with increasing of erbium content was revealed. It was shown that the mean particle size increasing from 13±2,9 nm to 22±5,3 nm with increase of erbium content from 1,4 to 10,7 % at.
Key words: magnetic nanomaterials, nanoparticles, substituted magnetite.
