​Российские ученые применили новый метод для синтеза железо-диспрозиевого граната Dy3Fe5O12. Магнитные материалы подобного класса используются в микроволновой и магнитно-фотонной технике. 

Железо-диспрозиевый гранат мало изучен и может обладать ранее неизвестными свойствами. Статья исследователей из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН опубликована в журнале Materials Science and Engineering.

Несмотря на то, что метод анионообменного осаждения известен с 60–70-х годов XX века, его применяли только для синтеза гидроксидов алюминия, хрома (III), железа (III), индия (III) и некоторых других соединений. За последующие 40 лет изучение анионообменного синтеза заметно не продвинулось, и современных публикаций на эту тему практически нет. Группа сибирских ученых первой использовала анионит для получения сложных оксидных систем, до этого подобных исследований никто не проводил. Данная работа — одна из серии публикаций группы ученых из СФУ и Института химии СО РАН.

«Наша лаборатория на протяжении двух десятков лет занимается исследованием метода анионообменного осаждения применительно к различным системам, и сейчас с его помощью получены материалы с магнитными свойствами», — рассказала профессор кафедры неорганической химии СФУ, доктор химических наук Светлана Сайкова.

Метод анионообменного осаждения — один из методов «мокрой» химии. Реакция проводится при комнатной температуре и атмосферном давлении. Продукт осаждают из смеси водных растворов солей, но вместо традиционных осадителей (щелочи или аммиака) используют высокомолекулярное соединение анионит — органическую смолу, в которую переходит анион из исходных солей. При традиционном осаждении металлов зачастую образуются аморфные рыхлые осадки (неструктурированные мелкодисперсные частицы), которые трудно освободить от соосажденного электролита. Использование анионитов позволяет полностью избежать загрязнения осадка посторонними катионами, а благодаря переходу аниона исходной соли в фазу ионита также оказалось возможным выделить осадки практически чистых гидроксидов. Кроме того, ионообменный синтез протекает с хорошим выходом, поскольку ионы, первоначально содержащиеся в растворе, связываются в слабодиссоциирующее (слаборастворимое) соединение или переходят в фазу сорбента. В результате химическое равновесие смещается в сторону удаления ионов.

Еще одно преимущество метода заключается в том, что он позволяет получать продукт в контролируемых условиях, без использования высоких температур и агрессивных веществ. Все продукты реакции образуются одновременно, что облегчает их дальнейшее взаимодействие.

Возможность оптимизировать соотношения реагентов, выбирать ионообменную смолу, при необходимости вводить в систему вещества, которые регулируют скорость осаждения, позволяет проводить синтез при строго заданном значении pH. Это важно, если задача заключается в том, чтобы получить продукт с определенными свойствами, например, метастабильные или активные фазы, что невозможно при обычном осаждении щелочью вследствие эффекта локального пересыщения.

Этот метод является более удобным, дешевым и контролируемым, чем распространенный сейчас твердофазный метод синтеза гранатов, с помощью которого в настоящее время получено большинство известных соединений со структурой граната. Тщательно перетертые смеси определенного состава спекаются на воздухе или в вакууме при различных температурах и времени выдержки в зависимости от исходного состава. Затем, в зависимости от необходимых свойств конечного продукта, подбирается значение температуры в диапазоне 1300—1350 °С. Более того, перетирание и прокаливание проводятся неоднократно для достижения однородного состава.

Осадок, полученный в ходе анионообменного осаждения, также подвергают термообработке, но это требует температур 700—900 °С и меньшей продолжительности спекания: за счет того, что осаждение всех продуктов происходит одновременно, взаимодействие компонентов начинается уже на стадии реакции, а дальнейшая термическая обработка просто увеличивает скорость этого взаимодействия. Материалы, получаемые таким образом, вследствие высокой активности прекурсоров (веществ, участвующих в реакции), находящихся в наноразмерном состоянии, могут обладать необычными свойствами.

С помощью этого метода ученые синтезировали вещество с формулой Dy3Fe5O12 — железо-диспрозиевый гранат. Физические методы показали, что полученные осадки состоят из нанокристаллов размером 20-30 нм, но имеют кристаллическую решетку. При исследовании магнитных свойств граната использован метод магнитно-кругового дихроизма.

 
 
 

Интерес к этим веществам основан на большом разнообразии физических свойств граната. Например, природный железо-алюминиевый гранат (Fe3Al2Si3O12), альмандин, за счет ярко-малинового цвета и большой твердости часто используется в ювелирных украшениях. Многие из гранатов обладают магнитными свойствами. В частности, распространены и достаточно хорошо изучены алюмо-иттриевый (Y3Al5O12) и железо-иттриевый (Y3Fe5O12) гранаты. Они широко используются в качестве компонентов микроволновых приборов, циркуляторов, фазовращателей, магнитофотонных устройств, изоляторов. Нанокристаллы этих материалов играют большую роль в физике и технике магнитных материалов. Авторы изучили магнитные свойства железо-диспрозиевого граната и выяснили, как они изменяются при замещении иттрия на диспрозий. В планах группы большая работа по исследованию гранатов, в составе которых иттрий замещен на другие редкоземельные элементы.

Похожие новости

  • 19/10/2017

    Газотурбинные двигатели будут частично изготовлены с помощью 3D-печати

    ​Объединенная двигателестроительная корпорация планирует 20% деталей для газотурбинных двигателей создавать с помощью 3D-печати. Об этом сообщил министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров.По словам Мантурова, технология 3D-печати с успехом внедряется при изготовлении деталей двигателя ПД-14 для гражданской авиации, а также для конструкций морского применения.
    207
  • 06/09/2017

    В Новосибирске расмотрели альтернативы «мусорному» концессионеру

    ​Альтернативные предложения по сбору и утилизации отходов были рассмотрены в рамках "Городской ассамблеи" в Новосибирске. Местные разработчики предложили новые современные технологии переработки ТКО.
    281
  • 12/04/2017

    Ученые из Новосибирска помогут добраться до Луны

    ​Новосибирские предприятия внесли немалый вклад в развитие авиационной и космической промышленности. Флагманом считается наш Чкаловский завод, на котором много лет производят составляющие для отечественных самолетов, в том числе и для современного "Суперджета".
    404
  • 22/11/2016

    По итогам конкурса ВИК.Нано: наносито для крови

    Nanonewsnet.ru продолжает публиковать интервью о решении непростых инженерных задач. На вопросы о конкурсе ВИК.Нано и о своем проекте по очистке крови с помощью композитных сит из керамики и цеолитов ответил аспирант Томского государственного университета, один из трех финалистов, получивших главный приз конкурса, Александр Бузимов.
    1025
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    808
  • 22/12/2017

    Новосибирские физики сконструируют для лунной базы солнечные батареи

    ​Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.
    91
  • 03/10/2017

    На что способны аддитивные технологиии

    Сегодня все чаще звучит лозунг: "Делай в России!". Призыв, актуальный, как минимум, с двух точек зрения. С одной стороны, у нас далеко не все понимают, что же в России делается своего. А с другой стороны, необходимо понять, на что же мы реально способны, учитывая новейшие технологические тенденции.
    226
  • 07/11/2016

    В Бурятии появится солнечная электростанция

    ​Конкурентоспособные технологии в области ветроэнергетики и гелиоэнергетики могут появиться только из отечественных разработок, считает заведующий лабораторией молекулярной кинетики Института теплофизики СО РАН Равель Шарафутдинов.
    839
  • 24/05/2016

    Компания «Модульные системы Торнадо» займётся автоматизацией новосибирской ТЭЦ-5

    ​В октябре 2016 года на Новосибирской ТЭЦ-5 должна быть запущена новая багерная насосная станция (БНС) по откачке золосодержащих стоков. Компании «Модульные Системы Торнадо» поручена разработка и поставка программно-технического комплекса (ПТК)  АСУТП БНС.
    1061
  • 21/06/2017

    Для развития аддитивных технологий стоит объединяться

    ​Как следует развивать аддитивные технологии? Готова ли Российская Федерация отказаться от зарубежных поставок? Обсуждение этих и ряда других вопросов прошло на круглом столе в рамках Международного форума технологического развития "Технопром-2017".
    495