Синтез, микроструктурные и электромагнитные характеристики кобальт-цинкового феррита

Аннотация

В данной работе был синтезирован кобальт-цинковый феррит (Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄) глицин-нитратным методом с последующим отжигом в высокотемпературной печи при температуре 1300 °С. С помощью методов энергодисперсионного и рентгенофазового анализа, а также растровой электронной микроскопии определены качественный состав и его микроструктурные характеристики.
Из анализа микрофотографий обнаружено, что полученный после термического отжига микропорошок кобальт-цинкового феррита обладает средним размером частиц 1.7±1 мкм. Анализ рентгенограммы показал, что отожжённый микропорошок кобальт-цинкового феррита имеет кубическую кристаллическую структуру с параметром решетки a = 8.415 Å. Используя уравнения Шеррера и Вильямсона-Холла рассчитаны средние размеры областей когерентного
рассеяния, соизмеримые с размером кристаллитов: по Шерреру D = 28.26 нм и по Вильямсону–Холлу D = 33.59 нм и значение микронапряжений e = 5.62×10–4 в структуре феррита.
С помощью векторного анализатора цепей определены электромагнитные свойства композитного материала на основе синтезированного кобальт-цинкового феррита. Методом Николсона–Росса–Вейра определены частотные зависимости значений магнитной и диэлектрической проницаемостей из измеренных S-параметров композитного материала (50 % ферритового наполнителя по массе и 50 % парафина) в диапазоне 0.015–7 ГГц. При анализе графиков зависимости магнитной проницаемости от частоты электромагнитного излучения была обнаружена резонансная частота fr ≈ 2.3 ГГц. Обнаруженный магнитный резонанс области УВЧ диапазона позволяет считать полученный
материал перспективным для использования в качестве эффективных поглотителей электромагнитного излучения в диапазоне 2–2.5 ГГц.

ЛИТЕРАТУРА 

1. Thakur P., Chahar D., Taneja S., Bhalla N. and
Thakur A. A review on MnZn ferrites: Synthesis,
characterization and applications. Ceramics
International. 2020;46(10): 15740–15763. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.287
2. Pullar R. C. Hexagonal ferrites: A review of the
synthesis, properties and applications of hexaferrite
ceramics. Progress in Materials Science. 2012;57(7):
1191–1334. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001
3. Kharisov B. I., Dias H. V. R., Kharissova O. V.
Mini-review: Ferrite nanoparticles in the catalysis.
Arabian Journal of Chemistry. 2019;12(7): 1234–1246.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2014.10.049
4. Stergiou C. Microstructure and electromagnetic
properties of Ni-Zn-Co ferrite up to 20 GHz. Advances
in Materials Science and Engineering. 2016;2016: 1–7.
DOI: https://doi.org/10.1155/2016/1934783
5. Economos G. Magnetic ceramics: I, General
methods of magnetic ferrite preparation. Journal of the
American Ceramic Society. 1955;38(7): 241–244. DOI:
https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1955.tb14938.x
6. Yurkov G. Y., Shashkeev K. A., Kondrashov S. V.,
Popkov O. V., Shcherbakova G. I., Zhigalov D. V.,
Pankratov D. A., Ovchenkov E. A., Koksharov Y. A.
Synthesis and magnetic properties of cobalt ferrite
nanoparticles in polycarbosilane ceramic matrix.
Journal of Alloys and Compounds. 2016;686: 421–430.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.06.025
7. Karakaş Z. K., Boncukçuoğlu R., Karakaş İ. H.
The effects of fuel type in synthesis of NiFe2O4
nanoparticles by microwave assisted combustion
method. Journal of Physics: Conference Series. 2016;
707: 012046. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/707/1/012046
8. Shirsath S. E., Jadhav S. S., Mane M. L., Li S.
Handbook of sol-gel science and technology. Springer,
Cham.; 2016. p. 1–41. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-19454-7_125-1
9. Vyzulin S. A., Kalikintseva D. A., Miroshnichenko
E. L., Buz’ko V. Y., Goryachko A. I. Microwave
absorption properties of nickel–zinc ferrites
synthesized by different means. Bulletin of the Russian
Academy of Sciences: Physics. 2018;82(8): 943–945.
DOI: https://doi.org/10.3103/s1062873818080439
10. Janasi S. R., Emura M., Landgraf F. J. G.,
Rodrigues D. The effects of synthesis variables on the
magnetic properties of coprecipitated barium ferrite
powders. Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
2002;238(2-3): 168–172. DOI: https://doi.org/10.1016/s0304-8853(01)00857-5
11. Ahmed Y. M. Z. Synthesis of manganese ferrite
from non-standard raw materials using ceramic
technique. Ceramics International. 2010;36(3): 969–
977. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2009.11.020
12. Mahadule R. K., Arjunwadkar P. R., Mahabole
M. P. Synthesis and characterization of
CaxSryBa1–x–yFe12–zLazO19 by standard ceramic method.
International Journal of Metals. 2013;2013: 1–7. DOI:
https://doi.org/10.1155/2013/198970
13. Tarța V. F., Chicinaş I., Marinca T. F.,
Neamţu B. V., Popa F., Prica C. V. Synthesis of the
nanocrystalline/nnosized NiFe2O4 powder by ceramic
method and mechanical milling. Solid State Phenomena.
2012;188: 27–30. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.188.27
14. Pradhan A. K., Saha S., Nath T. K. AC and DC
electrical conductivity, dielectric and magnetic
properties of Co0.65Zn0.35Fe2−xMoxO4 (x = 0.0, 0.1 and 0.2)
ferrites. Applied Physics A. 2017;123(11): 715. DOI:
https://doi.org/10.1007/s00339-017-1329-z
15. Low Z. H., Ismail I., Tan K. S. Sintering
processing of complex magnetic ceramic oxides: A
comparison between sintering of bottom-up approach
synthesis and mechanochemical process of top-down
approach synthesis. Sintering Technology - Method and
Application. Malin Liu (ed.). 2018: 25–43. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.78654
16. Costa A. C. F. M., Morelli M. R., Kiminami
R. H. G. A. Combustion synthesis: Effect of urea on
the reaction and characteristics of Ni–Zn ferrite
powders. Journal of Materials Synthesis and Processing.
2001; 9(6): 347–352. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1016356623401
17. Maleknejad Z., Gheisari K., Raouf A. H.
Structure, microstructure, magnetic, electromagnetic,
and dielectric properties of nanostructured Mn–Zn
ferrite synthesized by microwave-induced urea–
nitrate process. Journal of Superconductivity and Novel
Magnetism. 2016;29(10): 2523–2534. DOI: https://doi.org/10.1007/s10948-016-3572-5
18. Jalaiah K., Chandra Mouli K., Vijaya Babu K.,
Krishnaiah R.V. The structural, DC resistivity and
magnetic properties of Mg and Zr Co-substituted
Ni0.5Zn0.5Fe2O4. Journal of Science: Advanced Materials
and Devices. 2018;4(2): 310–318 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2018.12.004
19. Yue Z., Zhou J., Li L., Zhang H., Gui Z. Synthesis
of nanocrystalline NiCuZn ferrite powders by sol–gel
auto-combustion method. Journal of Magnetism and
Magnetic Materials. 2000;208(1-2): 55–60. DOI:
https://doi.org/10.1016/s0304-8853(99)00566-1
20. Chick L. A., Pederson L. R., Maupin G. D.,
Bates J. L., Thomas L. E., Exarhos G. J. Glycine-nitrate
combustion synthesis of oxide ceramic powders.
Materials Letters. 1990;10(1-2): 6–12. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-577x(90)90003-5
21. Salunkhe A. B., Khot V. M., Phadatare M. R.,
Pawar S. H. Combustion synthesis of cobalt ferrite
nanoparticles—Influence of fuel to oxidizer ratio.
Journal of Alloys and Compounds. 2012;514: 91–96.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.10.094
22. Martinson K. D., Cherepkova I. A., Sokolov V. V.
Formation of cobalt ferrite nanoparticles via glycine-
nitrate combustion and their magnetic properties.
Glass Physics and Chemistry. 2018;44(1): 21–25.
DOI: https://doi.org/10.1134/s1087659618010091
23. Kuzmin V. A., Zagrai I. A. A comprehensive
study of combustion products generated from pulverized
peat combustion in the furnace of BKZ-210-140F
steam boiler. Journal of Physics: Conference Series.
2017;891: 012226. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012226
24. Maleki A., Hosseini N., Taherizadeh A. Synthesis
and characterization of cobalt ferrite nanoparticles
prepared by the glycine-nitrate process. Ceramics International.
2018;44(7): 8576–8581. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.02.063
25. Waje S. B., Hashim M., Wan Yusoff W. D., Abbas
Z. Sintering temperature dependence of room
temperature magnetic and dielectric properties of
Co0.5Zn0.5Fe2O4 prepared using mechanically alloyed
nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic
Materials. 2010;322(6): 686–691. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.10.041
26. Nicolson A. M., Ross G. F. Measurement of the
intrinsic properties of materials by time-domain techniques.
IEEE Transactions on Instrumentation and
Measurement. 1970;19(4): 377–382. DOI: https://doi.org/10.1109/tim.1970.4313932
27. Rothwell E. J., Frasch J. L., Ellison S. M., Chahal
P., Ouedraogo R.O. Analysis of the Nicolson-
Ross-Weir method for characterizing the electromagnetic
properties of engineered materials. Progress
In Electromagnetics Research. 2016;157: 31–47. DOI:
https://doi.org/10.2528/pier16071706
28. Vicente A. N., Dip G. M., Junqueira C. The step
by step development of NRW method. Proceedings
Article in: 2011 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave
and Optoelectronics Conference (IMOC 2011).
29 Oct. –1 Nov. 2011. 738–742. DOI: https://doi.org/10.1109/imoc.2011.6169318
29. Ivanin S. N., Buz’ko V. Yu., Goryachko A. I.,
Panyushkin V. T. Electromagnetic characteristics of
heteroligand complexes of gadolinium stearate. Russian
Journal of Physical Chemistry A. 2020;94(8):
1623–1627. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036024420080130
30. Liu Y.-W., Zhang J., Gu L.-S., Wang L.-X.,
Zhang Q.-T. Preparation and electromagnetic properties
of nanosized Co0.5Zn0.5Fe2O4 ferrite. Rare Metals. 2016.
DOI: https://doi.org/10.1007/s12598-015-0670-7