Forskere foreslår en ny metode til at syntetisere et lovende magnetisk materiale

Forskere fra Siberian Federal University (SFU) og Det Russiske Videnskabsakademi har brugt en ny metode til at syntetisere jern-dysprosium granat. Magnetiske materialer af denne klasse bruges i mikrobølge- og magnetisk fotonudstyr. Jern-dysprosium granat er understuderet og kan have hidtil ukendte egenskaber. Artiklen blev publiceret i Materialevidenskab og teknik .

Selvom metoden til udfældning af anionharpiksudveksling har været kendt siden 1960'erne, det er kun blevet brugt til at syntetisere hydroxiderne af aluminium, krom (III), jern (III), indium (III), og flere andre forbindelser. Der er ikke sket værdifulde gennembrud på dette område i de sidste 40 år, og der er næsten ingen moderne publikationer om det. Et hold af sibiriske videnskabsmænd var de første til at bruge anionbytterharpiks til at opnå komplekse oxidsystemer. Dette arbejde er en af ​​en række publikationer udarbejdet af forskerne fra SFU og Det Russiske Videnskabsakademi.

"Vores laboratorium har arbejdet på metoden til udfældning af anionharpiksudveksling, der er anvendelig til forskellige systemer i to årtier nu, og ved at bruge det har vi fået materialer med magnetiske egenskaber, " sagde Svetlana Saikova, professor ved afdelingen for uorganisk kemi ved SFU, og doktor i kemi.

Anionharpiksudfældning er en metode til såkaldt "våd" kemi. Processen foregår ved stuetemperatur og under atmosfærisk tryk. Produktet er syntetiseret fra en blanding af vandopløsninger af salte, men i stedet for traditionelle udfældningsmidler (alkali eller ammoniak) anvendes en anionbytterharpiks. Det er en polymer - en uopløselig matrix i form af små (0,25-0,5 mm radius) mikroperler, der fanger anioner fra oprindelige salte.

Traditionel udfældning af metaller fører ofte til dannelsen af ​​ikke-krystallinske løse aflejringer (dvs. fint dispergerede partikler uden nogen struktur), som er svære at adskille fra den afsænkede elektrolyt. Brugen af ​​anionbytterharpiks forhindrer forurening af produktet med kationer. I øvrigt, på grund af det faktum, at anionerne af det oprindelige salt er fanget af polymerperler, videnskabsmænd kunne opnå rene metalhydroxider. I øvrigt, anionharpiksbytningsudfældningen har gode resultater, som ioner af opløsningen danner uopløselige forbindelser eller overføres til sorbentfasen.

En anden fordel ved denne metode er, at den producerer produktet under kontrollerede forhold uden høje temperaturer eller aggressive stoffer. Alle reaktionsprodukter genereres på samme tid, hvilket gør deres videre interaktion lettere.

På grund af evnen til at optimere sammenhængen mellem reagerende stoffer, for at vælge ionbytterharpiksen, og, hvis nødvendigt, at tilføje stoffer, der regulerer nedbørshastigheden til systemet, kan forskere udføre syntesen med faste pH-værdier. Det er vigtigt, hvis slutproduktet skulle have bestemte egenskaber, såsom metastabile eller aktive faser, hvilket er umuligt under regelmæssig alkalinedsynkning på grund af den lokale overmætningseffekt.

Denne metode er meget mere bekvem, billigere, og bedre kontrolleret end den fastfase granatsyntesemetode, der bruges i dag til at opnå størstedelen af ​​granatstrukturerede forbindelser. I denne metode, fint formalede blandinger med særlig sammensætning bages i luften eller vakuum ved forskellige temperaturer. Under hensyntagen til de krævede egenskaber for det endelige produkt, temperatur inden for området 1300-1350° vælges. I øvrigt, for at sammensætningen er homogen, fræsning og bagning udføres flere gange.

Aflejringen opnået i løbet af anionbyttersynkning behandles også med varme. Imidlertid, det kræver 700-900° og kortere bagetid. Alle produkter nedsættes på samme tid, komponenterne begynder at interagere på reaktionsstadiet, og yderligere termisk behandling øger kun interaktionshastigheden. På grund af høj aktivitet af prækursorer i nanostørrelse (stoffer, der deltager i reaktionen), materialer opnået ved hjælp af denne metode kan have usædvanlige egenskaber.

I særdeleshed, denne metode gjorde det muligt for forskerne at syntetisere et stof med formlen Dy3Fe5O12 - jern-dysprosium granat. Fysiske metoder viste, at aflejringerne bestod af 2-30 nm nanopartikler med krystalstruktur. Granatets magnetiske egenskaber blev undersøgt ved hjælp af magnetisk cirkulær dikroisme.

Interessen for disse stoffer er bestemt af den brede vifte af granatets fysiske egenskaber. For eksempel, almandin, naturlig jern og aluminium granat (Fe ₃ Al ₂ Si ₃ O ₁₂ ) bruges ofte i smykker på grund af dens lyse karminrøde farve og hårdhed. Mange granater har magnetiske egenskaber, såvel. I særdeleshed, aluminium-yttrium (Y ₃ Al ₅ O ₁₂ ) og jern-yttrium granater (Y3Fe5O12) er vidt udbredte og ret velundersøgte. De er meget udbredt som komponenter i mikrobølgeovne, cirkulationspumper, faseskiftere, magnetiske fotonanordninger og isolatorer. Nanokrystaller af disse materialer spiller en stor rolle i produktionen af ​​magnetiske materialer. Forfatterne undersøgte magnetiske egenskaber af jern-dysprosium granat og fandt ud af, at de ændrede sig, hvis yttrium blev erstattet med dysprosium. Gruppen planlægger en omfattende undersøgelse af granater med yttrium erstattet med andre sjældne jordarters grundstoffer.