12

NANOSYSTEMS: PHYSICS, CHEMISTRY, MATHEMATICS, 2021, 12 (5), P. 634–640

Two-step combustion synthesis of nanocrystalline Zn_1-xMn_xFe₂O₄ (0≤x≤1)
spinel ferrites with linear tuning of magnetic parameters

K. D. Martinson – Ioffe Institute, St. Petersburg, 194021, Russia; martinsonkirill@mail.ru
V. I. Popkov – Ioffe Institute, St. Petersburg, 194021, Russia

Multicomponent zinc ferrites are of great applied value due to their functional features, due to which they are widely used in the production of microwave devices. In this regard, the development of new methods for obtaining initial pre-ceramic nanopowders in a nanostructured form is especially urgent. In this work, multicomponent zinc-manganese ferrites of the Zn_1-xMn_xFe₂O₄ (x = 0; 0.2; . . . . , 1.0) composition were obtained by thermal treatment of X-ray amorphous products of solution combustion synthesis at a temperature of 750 °C and a holding time of 6 hours. The synthesized powders were analyzed by PXRD, FT-IR, and SEM methods. The magnetic characteristics were determined by vibration magnetometry. It was shown that the obtained samples contain one-phase spinel ferrite without any noticeable impurities. Depending on the number of Mn²⁺ cations in the crystal lattice, the unit cell parameters varied from 8.485(2) to 8.451(2) A° . The average crystallite size of the powders varied from 29.4 nm in the case of zinc ferrite to 36.8 nm in the case of MnFe₂O₄. Residual magnetization (M_s), saturation magnetization (M_r), and coercive force (H_c) also depend on the content of manganese cations in spinel and variedfrom 4.9 to 12.3 emu/g, from 22.4 to 76.4 emu/g, and from 47.5 to 81.3 Oe, respectively and these dependencies are almost linear. The highest magnetic parameters were found in simple manganese ferrite, which has the largest crystallite size.

Keywords: zinc-manganese ferrite, solution combustion, nanocrystals, structure transformation, magnetic properties.

PACS 61.46.+w, 75.50.Bb, 75.60.-d

DOI 10.17586/2220-8054-2021-12-5-634-640

Download

[In Russian] К. Д. Мартинсон, В. И. Попков

Двухстадийный синтез нанокристаллических ферритов-шпинелей
Zn_1-xMn_xFe₂O₄ (0≤x≤1) с линейной настройкой магнитных параметров

Многокомпонентные ферриты цинка имеют большое прикладное значение вследствие своих функциональных особенностей, благодаря которым они широко используются в производстве приборов СВЧ. В связи с этим особенно актуальна разработка новых методов получения исходных предкерамических нанопорошков в наноструктурированной форме. В данной работе многокомпонентные цинк-марганцевые ферриты состава Zn_1-xMn_xFe₂O₄ (x = 0; 0.2; . . . . , 1.0) были получены термической обработкой рентгеноаморфных продуктов растворного горения при температуре 750°С и продолжительности изотермической выдержки 6 часов. Синтезированные порошки анализировали методами порошковой рентгеновской дифракции, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии. Магнитные характеристики определяли методом вибрационной магнитометрии. Показано, что полученные образцы содержат однофазный феррит-шпинель без заметных примесей. В зависимости от количества катионов Mn²⁺ в кристаллической решетке параметры элементарной ячейки варьируются от 8,485(2) до 8,451(2) Å. Средний размер кристаллитов порошков находится в диапазоне от 29,4 нм в случае феррита цинка до 36,8 нм в случае MnFe₂O₄. Остаточная намагниченность (M_s), намагниченность насыщения (M_r) и коэрцитивная сила (H_c) также зависят от содержания катионов марганца в шпинели и составляют от 4,9 до 12,3 эме/г, от 22,4 до 76,4 эме/г и от 47,5 до 81,3 Э, соответственно и эти зависимости практически линейны. Наиболее высокие магнитные параметры обнаружены у простого марганцевого феррита, имеющего наибольший размер кристаллитов.

Ключевые слова: цинк-марганцевый феррит, растворное горение, нанокристаллы, структурные переходы, магнитные свойства.