Кристаллическая решетка недопированного (слева) и галлий-замещенного гексаферрита бария. Плоскости проведены через позиции замещения. © Ceramics International
Для усовершенствования электроники необходимы новые функциональные материалы, в первую очередь магниты. Уникальными магнитными свойствами обладают ферриты — сложные оксиды трехвалентного железа и других металлов. Внедрение в структуру ферритов различных элементов, так называемое допирование, — перспективный способ повышения их эксплуатационных характеристик.
Химики из лаборатории полупроводниковых оксидных материалов МФТИ с коллегами разработали метод получения и прогнозирования эксплуатационных характеристик галлий-замещенного гексаферрита бария BaFe₁₁GaO₁₉.
Сначала ученые тонко измельчили смесь карбоната бария и оксиды трехвалентного железа и галлия в ступке и спрессовали в таблетки. Затем их постепенно нагрели до 1400 °C. Синтез проводили в течение 5 часов. После чего образцы охладили в печи до комнатной температуры. Преимущество этого твердофазного синтеза — в легком внедрении в производство и масштабировании.
Для исследования структуры полученных образцов ученые применили дифракционный структурный анализ, нейтронографию и мессбауэровскую спектроскопию. Рельеф поверхности образцов изучили методом сканирующей электронной микроскопии, а магнитные свойства оценили на магнитометре. Температура Кюри исходного гексаферрита бария составляет 457 °C. Следовательно, ниже этого значения фазовое состояние и магнитные свойства соединения изменяться не будут, и датчик тоже не сработает.
Модифицируя ферриты, ученые добивались снижения температуры Кюри до комнатной. Наибольший эффект был достигнут, когда в качестве допантов использовали p-элементы с большим ионным радиусом, в частности галлий. Эти элементы занимают определенное положение в кристаллической решетке, не изменяя ее, но оказывая влияние на магнитные свойства ферритов.
Светлана Гудкова, заместитель заведующего лабораторией полупроводниковых оксидных материалов МФТИ:
«Замещение железа галлием в структуре гексаферрита бария почти в 20 раз снижает температуру Кюри. Благодаря этому синтезированный нашей командой материал можно использовать при изготовлении датчиков, устанавливаемых даже в живых системах».
Денис Винник, заведующий лабораторией полупроводниковых оксидных материалов МФТИ:
«Нашей научной группой накоплены результаты исследований в области синтеза и изучения ферритов, использование которых позволяет целенаправленно выбирать составы под требования конкретных приложений, в частности можно выбрать феррит с определенным интервалом рабочих температур».
Результаты работы будут полезны для производства датчиков, работающих в широком температурном диапазоне.
