Способ получения наноразмерных частиц гексаферрита бария

Изобретение относится к области наноразмерной технологии и может быть использовано для создания перспективных устройств: новые носители информации с высокой плотностью записи, магнитные сенсоры с высокой чувствительностью и т.п., а также для применения в области медицины.

Существует способ получения гексаферрита бария керамической технологией (см.: Летюк Л.М., Костишин В.Г., Гончар А.В. Технология ферритовых материалов магнитоэлектроники. - М.: МИСиС, 2005. - 352 с.). Указанный способ состоит из следующих операций. В начале смешиваются порошки карбоната бария BaCO₃ и двуокиси железа Fe₂O₃ в необходимой пропорции и брикетируются. Затем брикеты отжигаются при температуре 1150°C во вращающейся печи. После проводят операцию помола в вибромельнице, прессовку, сушку и спекание в течение 6 часов при температуре 1100°C.

Основной недостаток настоящего способа - невозможность получить наноразмерные частицы гексаферрита бария.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ получения гексаферрита стронция методом прекурсоров в полимере, позволяющий добиться более равномерного распределения размеров зерен (см.: G. Tan, X. Chen. Synthesis, Structures, and Multiferroic Properties of Strontium Hexaferrite Ceramics // J. Elect. Mater., V. 42, №5, 2013, P. 906-911). Указанный способ состоит в следующем. Соли нитратов железа (III) и стронция растворяли в растворе глицерина и в воде и затем растворы смешивали при атомарном соотношении Sr/Fe как 1:10. Смесь непрерывно нагревали и перемешивали при 50°C в течение 1 ч. После этого добавляли аммиак и полиэтиленгликоль и выдерживали раствор при непрерывном перемешивании и нагреве при 80°C в течение 8 ч. Затем дисперсию центрифугировали при скорости 12000 об/мин. Остаток прокаливали при 450°C в течение 1,5 ч. Прессовали 0,1 г порошка в гранулы и отжигали при 1000-1100°C.

Недостаток настоящего способа - недостаточная однородность распределения размеров зерен в гексаферрите и невозможность получения гексаферрита бария.

Технический результат - повышение однородности размеров наночастиц гексаферита бария.

Технический результат достигается тем, что во время проведения операций непрерывного нагрева и перемешивания на смеси воздействовали непрерывным ультразвуковым облучением с частотой 10÷25 кГц.

Сущность изобретения состоит в следующем. При воздействии ультразвука: вещества, участвующие в реакции, становятся мелкодисперсными, что намного повышает их химическую активность, вследствие чего значительно увеличивается однородность смеси. Пределы ультразвукового излучения 10÷25 кГц выбраны из следующих соображений. При облучении меньше 10 кГц не было замечено влияния на размеры наночастиц гексаферрита бария. А при облучении больше 25 кГц смесь реагировала очень бурно (лавинообразно), что приводило к невозможности дальнейшего продолжения получения гексаферрита бария.

Способ включает растворение навесок нитрата бария и нитрата железа (III) в дистиллированной и в растворе глицерина и дистиллированной воды соответственно (с достижением атомного отношения Ba/Fe=1:10), непрерывный нагрев с перемешиванием при 50°С в течение одного часа, добавление аммиака и полиэтиленгликоля в соотношении 5:1, перемешивание полученной смеси при 80°C в течение 8 часов, центрифугирование при скорости 11000 об/мин, прокаливание при 450°C в течение 1,5 часов и спекание при температуре 1000÷1100°С. Все процессы непрерывного нагревания и перемешивания проводятся под воздействием непрерывного ультразвукового облучения 10÷25 кГц.

Пример 1. Навески нитрата железа (III) 12,3051 г и нитрата бария 0,7881 г растворяли в 60 мл растворе глицерина (45 мл) и дистиллированной воды (15 мл) и в 60 мл дистиллированной воде соответственно. После смешивания полученных растворов смесь непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 50°С и ультразвуковому облучению с частотой 10 кГц в течение 1 часа. После этой процедуры в раствор добавляли 300 мл водного аммиака и 60 мл полиэтиленгликоля. Затем полученную коллоидную дисперсию снова непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 80°C и ультразвуковому облучению с частотой 10 кГц в течение 8 часов. Сразу после этого дисперсию центрифугировали при 11000 об/мин. Полученный осадок прокаливали при 450°C в течение 1,5 часов. Затем порошок отжигали на воздухе в течение 3 часов при 1100°С.

Данные мессбауэровской спектроскопии показали, что полученные наночастицы представляют собой наночастицы BaFe₁₂O₁₉. Результаты мессбауэровской спектроскопии подтвердились результатами рентгеноструктурного анализа. По данным сканирующей электронной микроскопии, в результате проведенной работы были получены наночастицы BaFe₁₂O₁₉ размером 90-170 нм.

Пример 2. Навески нитрата железа (III) 12,3050 г и нитрата бария 0,7883 г растворяли в 60 мл растворе глицерина (45 мл) и дистиллированной воды (15 мл) и в 60 мл дистиллированной воде соответственно. После смешивания полученных растворов смесь непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 50°C и ультразвуковому облучению с частотой 25 кГц в течение 1 часа. После этой процедуры в раствор добавляли 300 мл водного аммиака и 60 мл полиэтиленгликоля. Затем полученную коллоидную дисперсию снова непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 80°C и ультразвуковому облучению с частотой 25 кГц в течение 8 часов. Сразу после этого дисперсию центрифугировали при 11000 об/мин. Полученный осадок прокаливали при 450°C в течение 1,5 часов. Затем порошок отжигали на воздухе в течение 3 часов при 1100°C.

Данные мессбауэровской спектроскопии показали, что полученные наночастицы представляют собой наночастицы BaFe₁₂O₁₉. Результаты мессбауэровской спектроскопии подтвердились результатами рентгеноструктурного анализа. По данным сканирующей электронной микроскопии, в результате проведенной работы были получены наночастицы BaFe₁₂O₁₉ размером 80-150 нм.

Пример 3. Навески нитрата железа (III) 12,3054 г и нитрата бария 0,7886 г растворяли в 60 мл растворе глицерина (45 мл) и дистиллированной воды (15 мл) и в 60 мл дистиллированной воде соответственно. После смешивания полученных растворов смесь непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 50°С и ультразвуковому облучению с частотой 25 кГц в течение 1 часа. После этой процедуры в раствор добавляли 300 мл водного аммиака и 60 мл полиэтиленгликоля. Затем полученную коллоидную дисперсию снова непрерывно подвергали перемешиванию, нагреву при 80°С и ультразвуковому облучению с частотой 25 кГц в течение 8 часов. Сразу после этого дисперсию центрифугировали при 11000 об/мин. Полученный осадок прокаливали при 450°С в течение 1,5 часов. Затем порошок отжигали на воздухе в течение 3 часов при 1000°С.

Данные мессбауэровской спектроскопии показали, что полученные наночастицы представляют собой наночастицы BaFe₁₂O₁₉. Результаты мессбауэровской спектроскопии подтвердились результатами рентгеноструктурного анализа. По данным сканирующей электронной микроскопии, в результате проведенной работы были получены наночастицы BaFe₁₂O₁₉ размером 70-140 нм.