Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: IV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 22 августа 2016 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Фельцингер Л.С., Черных Г.И., Туркина Е.С. СИНТЕЗ И МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ Bi2BaNb2-2xFe2xO9-δ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. IV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(1). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/1(4).pdf (дата обращения: 16.05.2022)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

СИНТЕЗ И МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ Bi2BaNb2-2xFe2xO9-δ

Фельцингер Любовь Сергеевна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Черных Галина Ивановна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Туркина Елизавета Сергеевна

студент, кафедры химии СыктГУ, г. Сыктывкар

Жук Надежда Алексеевна

научный руководитель,

канд. химических наук, доцент СыктГУ, г.Сыктывкар

Исследованы магнитная восприимчивость и ЭПР железосодержащих твердых растворов со слоистой перовскитоподобной структурой Bi2BaNb2-2xFe2xO9-δ.В разбавленных твердых растворах атомы железа (III) образуют кластеры с антиферро - и ферромагнитным типом обмена. 

 

Интерес исследователей к висмутсодержащим слоистым перовскитоподобным оксидам, обладающим структурой фаз Ауривиллиуса, обусловлен обнаружением у данного типа соединений сегнетоэлектрических свойств [3-5].

Кристаллическая структура сложных оксидов данного типа описывается общей формулой Am-1Bi2BmO3m+3, где позиции А занимают крупные катионы (Bi(III), Ba(II), Pb(II), Na(I)), а позиции B внутри кислородных октаэдров – катионы с меньшим радиусом и высоким зарядом (Mo(VI),Nb(V), Ti(IV),Fe(III)). Параметр m определяет количество перовскитоподобных слоев [Am-1BmO3m+1]2-, находящихся между слоями[Bi2O2]2+, ипринимает полуцелые или целые значения в интервале от 1 до 5 [3-5, 10].

В настоящей работе методом статической магнитной восприимчивости исследовано электронное состояние и характер межатомных взаимодействий атомов железа в твердых растворах ниобата висмута Bi2BaNb2-2xFe2xO9-δ,кристаллическая структура которого описывается пространственной группой A21am (a=b=0.5567 и с= 2.5634 нм)и характеризуется чередованием висмутокислородных слоев с перовскитоподобными блоками толщиной в два слоя ниобий-кислородных октаэдров [11].

Твердые растворы Bi2BaNb2-2xFe2xO9-δ получены вконцентрационном интервале x≤0.06.Рентгенографическое изучение полученных твердых растворов показало соответствие их кристаллической структуры структуре Bi2BaNb2O9.Параметрыорторомбической элементарной ячейки твердых растворовнезначительно изменяются с ростом содержания железа от a=0.5545 нм, c=2.5639 нм, b=0.5538 нм (х=0.005) до a=0.5539 нм, c=2.5651 нм, b=0.5540 нм (х=0.060).

На основании измерений магнитной восприимчивости твердых растворов рассчитаны парамагнитные составляющие магнитной восприимчивости [χпара(Fe)] и значения эффективных магнитных мо­ментов [μэф(Fe)] атомов железапри разных температурах и для различных концентраций твердых растворов. Диа­магнитные поправки при расчете парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости введены с учетом восприимчивости матрицы ниобата висмута Bi2BaNb2O9, измеренной в том же температурном интервале.

Зависимость обратной величины парамагнитной составляющей магнит­ной восприимчивости, рассчитанной на один моль парамагнитных атомов,от температуры для всех железосодержащих твердых растворов подчиняется закону Кюри—Вейсса в исследуемом интервале температур. Постоянная Вейсса принимает отрицательные значения, чтосвидетельствует об антиферромагнитных обменных взаимодействиях между атомами железа. Изотермы парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости железа[χпара(Fe)] в твердых растворах (рис. 1) имеют вид характерный для антиферромагнетиков. Величина эффективного магнитного момента одиночных атомов железа, рассчитанная в результате экстраполяции концентрационных зависимостей величин [χпара(Fe)] на бесконечное разбавление твердых растворов возрастает с ростом температуры от 7.35 МБ (90 К) до 7.50 МБ (320 К). Величина магнитного момента превышает чисто спиновое значение для атомов Fe(III) (μэф= 5.92 МБ, терм 6А1g) и Fe(II) (μэф = 4.9 МБ, 5Т2g), что обусловлено, по-видимому, образованием более крупных, чем димеры,ферромагнитносвязаных кластеров из атомов Fe(III).  Во всем исследованном концентрационном интервале твердых растворов магнитный момент атомов железа с увеличением температуры увеличивается, что может быть связано с антиферромагнитными взаимодействиями между кластерами [2].

 

Рис. 1 – Изотермы парамагнитной составляющей магнитной восприимчивости железосодержащих  твердых растворов при 90 К (1), 140 К (2), 200 К (3), 260 К (4) и 320 К (5).

В результате установлено, что в бесконечно разбавленном твердом растворе атомы железа (III) находятся в агрегированном состоянии и образуют обменносвязанные агрегатыс антиферро - и ферромагнитным типом обмена. Ранее установлено, что кластеризация парамагнитных атомов приводит к стабилизации структуры твердых растворов, тем более, если локализация агрегата происходит вблизи или с вовлечением кислородных вакансий, возникающих в результате гетеровалентного замещения[1, 6-8]. Образование кластеров с антиферро-и ферромагнитным типом обмена может свидетельствовать о наличии, по крайней мере, двух типов катионных позиций, занятыми атомами железа (III). Ферромагнитный обмен между парамагнитными атомами может реализоваться в пределах одного слоя октаэдров, в плоскости перпендикулярной оси с, а антиферромагнитный – между плоскостями.Кроме того,образующиеся вследствие гетеровалентного замещения кислородные вакансии искажают полиэдрическое окружение атомов парамагнетика, и угол связи между атомами будет отличным от 180˚, что также способствует реализации ферромагнитного обмена.

Экспериментальная часть

Синтез твердых растворов кубической модификации проведен стандартным керамическим методом из оксидов висмута (III), ниобия (V) и железа (III) квалификации “ос.ч.” при температуре 750 ˚С и 1100 ˚С. Фазовый состав исследуемых препаратов контролировали методома электронной сканирующей микроскопии  (энергодисперсионный спектрометр фирмы Link) и рентгенофазового анализа (ДРОН-4-13, Cu–излучение), параметры элементарной ячейки твердых растворов рассчитаны с использованием пакета программ  CSD [9].

Количественное определение содержания железа в образцах твердых растворов проведено методом атомно-эмиссионной спектрометрии (спектрометр SPECTROCIROS  с индуктивно-связанной плазмой) с точностью 5 % от индекса х в формуле твердого раствора.

Измерения магнитной восприимчивости твердых растворов проведены по методу Фарадея в ин­тервале температур 77 – 400 К при 16 фиксированных значениях температуры. Точность относительных измерений составила 2%.

 

Список литературы:

1.   Жук Н. А., Пийр И. В., // Неорг. матер. 2008. Т.44. Вып.12.С.1504., Zhuk N. A., Piir I. V. Inorgan. Mat. 2008. Vol.44. N. 12. P. 1362.

2.  Ракитин Ю. В. Введение в магнетохимию. Метод статической магнитной восприимчивости в химии. М: Наука. 1980. 302 С.

3. Смоленский Г. А., Исупов В. А., Аграновская А. И. // Физика твердого тела.1959. Т.1. № 1. С. 169. Smolensky G. A., Isupov V. A., Agranovskaya A. I. Soviet Physics Solid State. 1959. Vol. 1, N. 1, P. 149.

4. Смоленский Г. А., Исупов В. А., Аграновская А. И. // Физика твердого тела.1961. Т.3. № 3. С. 899. Smolensky G. A., Isupov V. A., Agranovskaya A. I. Soviet Physics Solid State. 1961. Vol. 3, N. 3, P. 651.

5. Смоленский Г. А.  Физика сегнетоэлектрических явлений. Л. Наука. 1985. 396 С.

6. ЧежинаН. В., ПийрИ. В., ЖукН. А.// ЖОХ. 2014. Т.84. Вып.2.С.185Chezhina N.V., Piir I. V., Zhuk N.A. Russian J. General Chemistry. 2014. Vol.84. N.2. P. 185.

7.  ЧежинаН. В., ПийрИ. В., ЖукН. А.// ЖОХ. 2008.Т. 78.№.6.С. 908.Chezhina N. V., Piir I. V., Zhuk N. A. Russian J.General Chemistry. 2008. Vol.78. N.6. P. 1135. (DOI: 10.1134/S1070363208060066).

8. ЧежинаН. В., ПийрИ. В., ЖукН. А.// ЖОХ. 2005. Т.75. Вып.1.С.24.Chezhina N. V., Piir I. V., Zhuk N. A. Russian J.General Chemistry.2005. Vol.75. N.1.P. 21.

9.  Аkselrud L. G., Gryn Y. N., Zavalij P. Yu.// Thes. Rep. 12th Europ.Crystallogr. Meet. 1985. p. 55.

10.   Isupov V. A. // Ferroelectrics. 1996. Vol. 189. P. 211.

11.  Kennedy I. J. Kennedy B.J., Gunawan, Marsongkohadi // J.Sol. St. Chem.1996. Vol. 126.P.135.

Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом