НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2004, том 40, № 2, с. 241-245
УДК 539.26+546.65:72+537.226.33
СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
ШМРе205 (М - и, К, Сэ)
© 2004 г. Е. С. Мустафин, Е. Г. Толоконников, Б. К. Касенов, С. Т. Едильбаева, Е. К. Жумадилов
Институт фитохимии Министерства образования и науки Республики Казахстан, Караганда
Поступила в редакцию 27.02.2003 г.
Твердофазным способом из Ш203, Ре203 и М2С03 синтезированы соединения ШМРе205 (Ме-Ы, Ка, К, С8). Установлено, что они кристаллизуются в тетрагональной сингонии (структура перовскита) со следующими параметрами решетки: ШЫРе205 - а = 10.94, с = 13.83 А, V = 1655.2 А3, X = 16; К^аРе205 - а = 10.98, с = 15.10 А, V = 1820.5 А3, X = 16; КЖБе^ - а = 10.96, с = 16.82 А, V = 2020.5 А3, X = 16; ШС8Бе205 - а = 10.93, с = 17.94 А, V = 2143.2 А3, X = 16.
Ферриты являются интересными объектами исследований, потому что в них сочетаются магнитные параметры, близкие к аналогичным характеристикам ферромагнитных металлов, электрофизические и полупроводниковые свойства. Надо отметить также экологическую безопасность этих материалов в силу их большой термической устойчивости (температуры плавления и разложения выше 1500-1700°С), их нетоксичность и нерастворимость в кислотах и воде.
Свойствами ферритов обуславливают условия термической обработки. Различная комбинация соотношений исходных оксидов позволяет добиться многообразия магнитных свойств новых фаз - соединения могут быть парамагнитными, ферромагнитными, антиферромагнитными, а также обладать полупроводниковыми свойствами [1-3]. Некоторые из соединений могут иметь эти свойства при комнатной температуре. Цель настоящей работы - синтез сложных ферритов ШМБе204 (М - Ы, Ка, К, Се) и исследование их электрофизических свойств.
Для синтеза ферритов ШМБе205 твердофазным методом при высоких температурах использовали следующие исходные вещества: оксид неодима (III) квалификации "ос. ч.", оксид железа (III) "ч.ч.", карбонаты щелочных металлов (Ы2С03, Ка2С03, К2С03, Сэ2С03) "х.ч.".
Стехиометрические смеси реагентов в расчете на ШМРе205 тщательно перемешивали в агатовой ступке и помещали в алундовые тигли, которые затем подвергали термообработке в силито-вой печи. Отжиг смесей с периодическим перемешиванием в ступке проводили при 400-1500°С, время отжига - 10 ч, для получения равновесных фаз проводили низкотемпературную обработку при 400°С в течение 20 ч. Образование новых фаз
контролировали методом рентгенофазового анализа (ДРОН-2.0 СиАа-излучение, №-фильтром).
Индицирование рентгенограмм порошков проводили методом гомологии [4] (табл. 1).
Помимо хорошего совпадения рассчитанных и экспериментальных значений 1/й эксп (максимальное отклонение 1/й расч от 1/й ^ксп не превышало ошибки измерения) наблюдалось соответствие между экспериментальными и расчетными значениями плотности.
Установлено, что полученные соединения кристаллизуются в тетрагональной сингонии (табл. 2). С увеличением ионного радиуса щелочных металлов в ряду от Ы к Се повышаются значения параметра с и объема субъячейки. На основании данных рентгенографического исследования можно предположить, что для полученных ферритов характерно тетрагональное искажение решетки перовскита, ион Кё3+ находится в центре элементарной ячейки и имеет к.ч. по кислороду 12, а в узлах элементарной ячейки находится ион Бе3+ с к.ч. 6 [5].
В интервале 300-340 К были исследованы электрофизические свойства синтезированных образцов в виде таблеток диаметром 10 мм с плоскопараллельными поверхностями, на которые нанесены электроды вжиганием стандартной серебряной пасты. Применяли двухэлектродную систему. Диэлектрическую проницаемость определяли из измерения электроемкости образцов по стандартной компенсационной схеме. Для снятия зависимости £ ~ А(Т) образец помещали в печь (скорость изменения температуры =5 К/мин). Температура измерялась хромель-алюмелевой термопарой. Для всех исследованных образцов с повышением температуры наблюдается увеличение
Таблица 1. Индицирование рентгенограмм порошков соединений КйМРе205 (М - Ы, К, С8)
/, % й, А 104/ 4сп, А-2 Ш 104/ й рас4, А-2
КШРе205
18 3.8557 672.7 220 668.0
14 3.4616 834.5 310 835.0
6 2.9235 1170 204 1170
30 2.7724 1301 313; 322 1306; 1295
100 2.7344 1338 400 1336
31 2.6932 1379 401 1388
10 2.6140 1464 411 1472
16 2.4842 1620 412 1629
7 2.3100 1874 006 1881
14 2.2525 1971 333 1973
19 2.2130 2042 116 2048
9 2.1461 2171 404; 510 2172
28 2.0333 2419 520 2422
32 1.9432 2648 107 2644
26 1.9344 2672 440 2672
12 1.8792 2832 530 2839
6 1.7278 3350 620; 008 3340; 3344
14 1.7105 3418 540 3424
6 1.6804 3541 622 3549
19 1.5977 3918 614 3926
15 1.5876 3968 632 3967
35 1.5725 4044 516 4052
22 1.4656 4656 507 4648
7 1.4547 4726 545 4730
К^аРе205
12 4.4232 511.1 202 507.3
19 3.8818 663.6 220 663.8
10 3.4678 831.6 310 829.8
21 3.0212 1096 005 1096
11 2.8321 1247 322 1254
27 2.8086 1268 115 1262
100 2.7467 1325 400 1328
20 2.7153 1356 224 1365
23 2.6907 1381 401 1372
31 2.6278 1448 304 1449
9 2.5225 1572 006 1578
6 2.3314 1840 422 1835
14 2.2245 2021 404 2030
6 2.1496 2164 510 2157
8 2.0075 2481 207 2481
35 1.9444 2648 440 2655
11 1.8917 2794 523 2801
12 1.7838 3142 208 3138
СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ШМБе205 243
Таблица 1. Продолжение
/, % й, А 104/ 4сп, А-2 Ш 104/ й расч , А-2
8 1.7349 3322 620 3319
13 1.7145 3402 540 3402
8 1.6701 3585 542 3577
14 1.6010 3901 632 3909
27 1.5769 4022 624 4021
11 1.5409 4212 418 4216
7 1.5101 4385 0010 4385
9 1.4835 4544 713 4543
NdKFe205
10 4.5653 479.8 202 474.2
20 3.8687 668.1 220 665.0
10 3.4657 832.6 310 831.9
29 2.8053 1274 006 1272
35 2.7815 1293 215 1299
100 2.7442 1328 400 1331
9 2.6140 1463 402 1472
13 2.2574 1962 325 1966
12 2.2256 2019 306 2021
7 2.1521 2159 510 2163
29 1.9402 2657 440 2662
11 1.8890 2802 442 2803
7 1.7343 3325 620 3828
12 1.7123 3411 540 3411
7 1.6821 3534 0010 3534
9 1.6201 3810 507 3812
15 1.6003 3905 517 3895
18 1.5876 3968 544 3976
30 1.5705 4054 633 4062
7 1.4839 4541 722 4541
9 1.4547 4726 723 4727
NdCsFe205
8 5.8997 287.0 003; 112 279.5; 291.7
17 3.8609 670.8 220 670.2
12 3.4512 839.6 310 837.7
21 2.9904 1118 006 1118
26 2.7804 1294 116 1286
100 2.7278 1343 400 1340
8 2.6488 1425 410 1424
12 2.6198 1457 411 1455
8 2.5419 1548 412 1548
7 2.5068 1591 324 1586
7 2.4204 1707 421 1705
7 2.3225 1854 207 1857
15 2.2571 1963 423 1955
Таблица 1. Окончание
/, % й, А 104/ 4сп, А-2 Ш 104/ й расч, А-2
16 2.2202 2029 007 2022
9 2.1521 2159 118 2155
32 1.9373 2672 440 2680
13 1.9114 2737 308 2741
17 1.7110 3416 418 3411
8 1.6846 3524 2110 3524
7 1.1628 3616 507 3616
16 1.5965 3923 1111 3926
11 1.5887 3962 536 3964
32 1.5733 4040 633 4047
7 1.5007 4440 720 4440
7 1.4824 4551 635 4543
Таблица 2. Параметры элементарных ячеек соединений №МБе205 (2 = 16)
М а, А с, А V, А3 ^уб, А3 Рренп г/см3 Pпикн, г/см3
Ы 10.94 13.83 1655.2 103.45 5.50 5.42 ± 0.15
№ 10.98 15.10 1820.5 113.78 5.23 5.16 ± 0.06
К 10.96 16.82 2020.5 126.28 4.93 4.61 ± 0.21
Сэ 10.93 17.94 2143.2 133.95 5.81 5.60 ± 0.18
Таблица 3. Сопротивление Я, электрическая емкость С мости от температуры и диэлектрическая проницаемость е ферритов в зависи
Т, К С, мкФ е ^ е Я, Ом ^ Я
300 310 220 330 340
300 310 220 330 340
300 310 220 330 340
0.005 0.006 0.008 0.011 0.012
0.124 0.126 0.129 0.150 0.186
1.0
1.0
1.0
1.008
1.018
КШБеоО
25
25200 30240 40320 55440 60480
25
35712 36288 37152 43200 53568
]
359000 359000 359000 361872 365462
ШКБеоО
205
4.40 4.48 4.61 4.74 4.78
4.55
4.56
4.57 4.64 4.73
5.55 5.55
5.55
5.56 5.56
ШСэРе205
50000 50000 33333 33333 25000
2000 1923 1852 1666 1231
231 231 231 231
226
4.69 4.69 4.52 4.52 4.39
3.30 3.28 3.27 3.22 3.13
2.36 2.36 2.36 2.36 2.35
300 0.009 38880 4.59 500000 5.69
310 0.011 47520 4.68 333333 5.52
220 0.013 56160 4.75 25000 5.39
330 0.018 77760 4.89 200000 5.30
340 0.022 95040 4.98 142860 5.15
СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИИ NdMFe2O5 245
значений емкости (С), диэлектрической проницаемости (е) и уменьшение электросопротивления (Я) (табл. 3).
Таким образом, впервые получены двойные ферриты NdLiFe205, NdNaFe205, NdKFe205, NdCsFe205, проведено их рентгенографическое исследование. Выявлено, что они кристаллизуются в тетрагональной сингонии, определены параметры их элементарных ячеек. Исследованы электрофизические характеристики этих соединений, установлено наличие у них сегнетоэлектрических свойств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Летюк Л.М. Химия и технология ферритов. Л.: Химия, 1983. 255 с.
2. Третьяков Ю.Д. Термодинамика ферритов. Л.: Химия, 1967. 303 с.
3. Чечерников В.И, Покровский Б.И, Печенни-ков A.B., Комиссарова Л.Н. Магнитные свойства в системе Fe2O3-Sc2O3 // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1968. Т. 4. № 2. С. 233-236.
4. Ковба Л.М, Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. М.: Изд-во МГУ, 1976. 256 с.
5. Вест A. Химия твердого тела. Ч. 1. М.: Мир, 1988. 558 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.