ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2013, том 58, № 8, с. 1095-1098
^ ФИЗИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 539.26+546.657+546.711/.717+549.73
РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ МАНГАНИТО-ФЕРРИТОВ
NdMIMnFeO5 (M1 = Li, Na, K)
© 2013 г. Б. К. Касенов, Ж. И. Сагинтаева, Ш. Б. Касенова, С. Ж. Давренбеков, А. Ж. Абильдаева
Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан, Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, Караганда E-mail: hmi2009@mail.ru Поступила в редакцию 05.06.2012 г.
По керамической технологии из оксидов неодима(Ш), марганца(Ш), железа(Ш) и карбонатов лития, натрия и калия синтезированы манганито-ферриты состава NdMIMnFeO5 (M1 = Li, Na, K). Измельчением полученных соединений на вибрационной мельнице получены их наноструктурированные частицы, размеры которых определены на электронном микроскопе. С помощью рентгенографии и методом индицирования установлено, что наноструктурированные соединения NdMIMnFeO5 (MI = Li, Na, K) кристаллизуются в кубической сингонии со следующими параметрами решетки: NdLiMnFeO5 —
а = 20.100 ± 0.034 А, V0 = 8120.60 A3, Z = 10, Кэ0ляч = 812.06 А3, ррент = 7.14, рпикн = 7.09 ± 0.06 г/см3; NdNaMnFeO5 - а = 20.102 ± 0.032 А, V0 = 8123.03 A3, Z = 10, Кэ°л.яч. = 812.30 А3, ррент = 7.11, рпикн = = 7.04 ± 0.06 г/см3; NdKMnFeO5 - а = 20.107 ± 0.011 А, Vе = 8129.09 A3, Z = 10, Кэ°л.яч. = 812.91 А3, ррент = 7.03, Рпикн = 6.95 ± 0.07 г/см3.
DOI: 10.7868/S0044457X13080114
Редкоземельные элементы (РЗЭ) образуют с другими элементами большое число разнообразных соединений. Часть из них по своим электрическим свойствам относится к магнитным полупроводникам, так как наличие в них ионов РЗЭ с незаполненными 4/-оболочками приводит к тому, что спиновые и орбитальные моменты у них не компенсированы и при определенной температуре наступает упорядочение [1]. Главным достоинством таких соединений является то, что за счет наличия в них сильного /^-обменного взаимодействия носителей тока с магнитной подсистемой удается управлять электрическими свойствами материала с помощью магнитного поля, а также влиять на магнитную систему кристалла изменением концентрации носителей тока. Указанные свойства открывают новые возможности для практического применения редкоземельных полупроводников в современной электронике [2].
Учитывая вышеизложенное, материалы с колоссальным магнитным сопротивлением, такие как манганиты с общей формулой Ьп1_ хЛхМп03 (Ьп — РЗЭ, А — щелочной, щелочноземельный металл), имеющие структуру перовскита, могут использоваться в качестве датчиков магнитного поля, считывающих головок для магнитной запи-
си высокой плотности, датчиков перемещений и температур [3].
Следует подчеркнуть, что до настоящего времени ферриты и манганиты РЗЭ изучали в основном как отдельные индивидуальные фазы.
Цель настоящей работы — синтез и рентгенографическое исследование наноструктурирован-ных манганито-ферритов состава МёМ1МпРе05 (М1 = О, На, К).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Высокотемпературный синтез соединений ШМ1МпРе05 (М1 = Ы, На, К) проводили по керамической технологии. Исходными реагентами для получения манганито-ферритов служили оксиды неодима Мё203 квалификации "ос.ч.", железа Бе203 и марганца Мп203 и карбонаты лития, натрия и калия марки "ч.д.а.". Предварительно обезвоженные стехиометрические количества исходных веществ тщательно перемешивали и перетирали в агатовой ступке, затем переносили в алундовые тигли и подвергали термообработке при 800°С в муфельной печи 8М0Ь в течение 10 ч. После этого процедуру перемешивания и перети-
.06 = 94.000 нм
(а)
¡г у! 1т ВТТ= : 86.106 нм = 69.110 нм
Г § ^5 = Б1 = 171.951 нм = 162.048 нм
.. ЯгЧ н Б3 = 110.920 нм 156.295 нм
Б7 = 110.033 нм ^ 1 Б8 = 122.438 нм \\ Б2 = ■ 172.215 нм
(б)
^гьге = 119.022 I
1/07 = 105.929 нм
= 108.374 нм = 84.725 нм
= 91.855 нм |вд = 83.443 нм
Б3 = 99.849 нм
= 63.7:
ч
Б8 = 75.801 нм
Б7 = 63.106 нм ^.06 = 75.119 нм
М = 62.383 нм
= 62.855 нм
(в) _ _ __________
Электронные микрофотографии МёЫМпРе05 (а), Мё№МпРе05 (б) и МёКМпРе05 (в).
рания повторяли. Далее проводили отжиг сплавов при 1200°С в течение 20 ч. После повторения операции перемешивания и перетирания для получения устойчивых при низкой температуре фаз проводили низкотемпературный отжиг при 400°С в течение 10 ч.
Наноструктурированные частицы получали полученных соединений измельчением на вибрационной мельнице ММ301 Германия); скорость 180—1800 вибраций в минуту (3—30 Гц), продолжительность измельчения 40 мин.
Размеры частиц устанавливали на электронном микроскопе ТЕ^СЛМ, позволяющем опреде-
лять размеры частиц до 3 нм. Микрофотографии исследуемых манганито-ферритов представлены на рисунке.
Рентгенографическое исследование нанострук-турированных частиц осуществляли на дифракто-метре ДР0Н-2.0 (СиХа-излучение, №-фильтр, и= = 30 кВ, I = 10 мА, скорость вращения счетчика 2 об/мин, диапазон шкалы 1000 имп/с, т = 5 с, 29 = = 10°—90°). Интенсивность дифракционных максимумов оценивали по 100-бальной шкале.
Пикнометрическую плотность определяли по методике [4]. В качестве индифферентной жидкости использовали толуол.
2 = 62.843 нм
080 нм
РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ЧАСТИЦ 1097
Таблица 1. Индицирование рентгенограмм наноструктурированных частиц манганито-ферритов НёМ1МпГе05 (М1 = Ы, На, К)
1/10 й, А 104М2ксп Нк1 104Ч2ыч
ШПМпРе05
18 3.8687 668.1 333 668.1
13 3.4824 824.6 441 816.6
100 2.7341 1395 552 1336
13 2.2500 1975 840 1980
13 2.2256 2019 833 2029
24 1.9373 2664 666 2672
24 1.5377 4040 991 4033
15 1.3670 5351 10.10.4 5344
9 1.2251 6663 13.10.0 6656
Ш№МпРе05
11 3.8687 668.1 333 668.1
100 2.7278 1344 552 1336
16 2.2256 2019 883 2029
30 1.9303 2684 666 2672
30 1.5737 4038 991 4033
8 1.3651 4480 10.9.1 4479
8 1.2193 6726 12.8.8 6730
ШКМпРе05
14 3.8687 668.1 333 668.1
100 2.7404 1332 552 1336
18 2.2337 2004 841; 900 2004
27 1.9344 2672 666 2672
6 1.8747 2845 953 2846
30 1.5797 4007 990 4009
9 1.5681 4067 10.8.0 4058
11 1.3663 5357 10.10.4; 5345
12.8.3
9 1.2234 6681 13.10.1 6681
Таблица 2. Рентгенографические характеристики наноструктурированных манганито-ферритов НёМ1МпГе05 (М1 = Ы, На, К)
Соединение а, А V, А3 Z V0 А3 ' эл.яч.* 1 Pрент, г/см3 Pпикн, Г/сМ3
ШПМпРе05 20.100 ± 0.034 8120.60 10 812.06 7.14 7.09 ± 0.06
Ш№МпРе05 20.102 ± 0.032 8123.03 10 812.30 7.11 7.04 ± 0.06
ШКМпРе05 20.107 ± 0.011 8129.09 10 812.91 7.03 6.95 ± 0.07
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно данным электронной микроскопии, получены наночастицы следующих размеров: ШЫМпРе05 - 69.11 и 86.106 нм; ШЫМпРе05 -62.383, 62.843, 62.855, 63.106, 75.119 и 85.080 нм.
Рентгенограммы наночастиц исследуемых манганито-ферритов индицировали методом, приведенным в [5]. Результаты индицирования представлены в табл. 1. Установлено, что все исследуемые соединения кристаллизуются в кубической сингонии (табл. 2). Среднее значение па-
раметра а определено усреднением положения 9 дифракционных максимумов для МёЫМпРе05, 7 дифракционных максимумов для №МаМпРе05 и 9 дифракционных максимумов для МёКМпРе05 (табл. 1). По данным табл. 2, средняя погрешность определения параметра а находится в пределах 0.05—0.17%. Удовлетворительное согласие опытных и расчетных значений 104/^, пикнометрической и рентгеновской плотности подтверждает корректность результатов индицирования.
Следует отметить, что тип сингонии и параметры решеток наноструктурированных частиц МёМхМпРе05 отличаются от таковых для ненано-структурированных частиц МёМхМпРе05, полученных нами в [6]. Так, в [6] МёЫМпРе05 кристаллизуется в ромбической, Мё№МпРе05, МёКМпРе05 — в тетрагональной сингонии.
Из данных табл. 2 видно, что с увеличением ионных радиусов в ряду Ы ^ На ^ К наблюдается заметное увеличение параметров их решеток
(а, V, Гэ0л.яЧ.).
По аналогии с другими манганитами и ферритами [7—10] можно предположить, что полученные манганито-ферриты можно отнести к пр. гр. перовскита Pm3m.
Таким образом, впервые получены нанострук-турированные частицы манганито-ферритов Ш0МпРе05
ШШМпРе05 и ШКМпРе05
и
определены их основные рентгенографические характеристики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жузе В.П. // Журн. ВХО им. Д.И. Менделеева. 1981. Т. 36. № 6. С. 2.
2. Смирнов И.А. // Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. 1981. Т. 36. № 6. С. 95.
3. Третьяков Ю.Д., Брылев О.А. // Журн. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2000. Т. 45. № 4. С. 10.
4. Кивилис С.С. Техника измерений плотности жидкостей и твердых тел. М.: Стандартгиз, 1959. 191 с.
5. Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ. М.: Изд-во МГУ, 1969. 232 с.
6. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Сагинтаева Ж.И. и др. // Вестн. Нац. АН Республики Казахстан. 2009. № 2. С. 26.
7. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Акубаева М.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2009. Т. 54. № 1. С. 32.
8. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Акубаева М.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2009. Т. 54. № 3. С. 424.
9. Касенов Б.К., Мустафин Е.С., Акубаева М.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 3. С. 459.
10. Касенов Б.К., Сергазина С.М., Касенова Ш.Б. и др. // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 3. С. 1702.
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.