ИСТИНА

Магнитные жидкости представляют собой дисперсные системы, содержащие магнитные наночастицы, которые проявляют уникальные свойства под воздействием магнитного поля. Особый интерес представляют магнитные жидкости на основе магнитотвёрдых наночастиц, характеризующиеся высокой чувствительностью даже к слабым магнитным полям. Оптимальным материалом для магнитотвёрдых наночастиц являются гексаферриты с общей формулой MFe12O19 (M = Ba, Sr, Pb). Гексаферриты относятся к редкому типу материалов, которые сохраняют химическую и термическую стабильность и свои магнитотвёрдые свойства при чрезвычайно малых размерах частиц. Наиболее эффективным методом получения наночастиц гексаферрита высокого качества является кристаллизация оксидных стёкол. При таком подходе получаемые наночастицы можно выделить из матрицы в виде стабильных коллоидных растворов. Соответственно, целью данной работы является поиск и синтез высококоэрцитивных наночастиц катион-замещённого гексаферрита М-типа с использованием метода кристаллизации оксидного стекла и формирование коллоидных растворов на их основе. При использовании хрома в качестве легирующего элемента (SrFe12-xCrxO19, x = 2, 4, 6 и 8) он внедряется в структуру гексаферрита из-за близких ионных радиусов хрома и железа. Были успешно получены стабильные коллоидные растворы для всех указанных серий. По данным РФА осадка установлено, что последний содержит единственную фазу – гексаферрит стронция. Это подтверждает, что коллоидные частицы также относятся к фазе гексаферрита. По данным магнитометрии коэрцитивная сила (Нс) коллоидных частиц увеличивается с ростом степени легирования из-за того, что легирование Cr3+ в позиции Fe3+ снижает намагниченность насыщения (Ms) материала, тем самым увеличивая Нс. Таким образом, впервые были получены коллоидные высококоэрцитивные наночастицы гексаферрита стронция с рекордным значением, превышающим 13 кЭ. Далее в рамках данной работы перспективным направлением исследования является легирование 4f-элементами. Ионы металлов лантаноидов обладают меньшим радиусом по сравнению с ионами M²⁺, и при их замещении в позициях M²⁺ происходит сжатие кристаллической решётки и рост константы магнитокристаллической анизотропии (K1), которое приводит к повышению Нс даже при низких степенях замещения. Методом кристаллизации стекла были успешно получены образцы стекла и стеклокерамики и коллоидных растворов гексаферрита общего состава (25 x)SrO·x/2Eu2O3·6Fe2O3·12B2O3 (x = 0, 1, 2, 3, 4 и 5). Структура полученных наночастиц гексаферрита уточнена при помощи метода Ритвельда. По данным РФА осадка определили, что при низкой степени замещения существует примесь ферригидрита, а далее при x > 3 частицы становятся однофазными. Рассчитанные степени замещения Eu близки к номинальной. По результатам DLS и магнитных измерений было обнаружено, что размер частиц соответствует однодоменной области. В соответствии с данными магнитометрии при x < 3 коэрцитивная сила низкая, что связано с примесью ферригидрита. При x > 3 влияние замещения Eu на константу анизотропии настолько велико, что несмотря на уменьшение размера частиц (с 244 нм при х = 1 до 88 нм при х = 5), коэрцитивная сила значительно возрастает. Для определения величины магнитооптического отклика (МО) коллоидных растворов при двух различных взаимных ориентациях светового потока и вектора индукции магнитного поля: параллельной и перпендикулярной была получена зависимость относительной оптической плотности от напряженности магнитного поля. По мере роста поля МО возрастает и в больших полях выходит на насыщение. Вид зависимости соответствует модели парамагнитного «газа» наночастиц с крайне высоким значением магнитной восприимчивости. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 23-73-10045.