RU2509625C1 - Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната - Google Patents
Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509625C1 RU2509625C1 RU2012158138/02A RU2012158138A RU2509625C1 RU 2509625 C1 RU2509625 C1 RU 2509625C1 RU 2012158138/02 A RU2012158138/02 A RU 2012158138/02A RU 2012158138 A RU2012158138 A RU 2012158138A RU 2509625 C1 RU2509625 C1 RU 2509625C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yttrium
- iron
- solution
- iii
- salts
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению порошков для микроволновой техники и магнитооптики. Способ получения наноразмерного порошка железо-иттриевого граната включает приготовление водного раствора солей иттрия (III) и водного раствора солей железа (III). Сначала реагент-осадитель, в качестве которого используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, приводят в контакт с раствором солей иттрия (III) при комнатной температуре в течение 60 мин, затем добавляют раствор солей железа (III). Из полученного раствора осаждают продукт-прекурсор, отделяют его от раствора, промывают водой, сушат и обжигают при температуре не менее 700°C. Ионообменный способ обеспечивает получение наноразмерного порошка железо-иттриевого граната, не содержащего катионов осадителя, без применения агрессивных сред, высоких температур и давлений. 4 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения наноразмерного порошка железо-иттриевого граната и может быть использовано в различных областях микроволновой техники и магнитооптики.
Известен способ получения нанодисперсных ферритов редкоземельных металлов [патент RU №2400427, МПК C01F 17/00, B82B 3/00, опубл. 27.09.2010] из растворов соли железа и соли редкоземельного металла с использованием органических растворителей и выделением целевого продукта. Для этого сначала приготавливают водные растворы солей железа и редкоземельного металла, из которых затем железо экстрагируют бензольным раствором, содержащим хлорид триалкилбензиламмония, а редкоземельный металл экстрагируют бензольным раствором, содержащим хлорид триалкилбензиламмония и ацетилацетон, далее для получения ферритов типа граната Ln3Fe5O12 смешивают полученные после отделения от водных фаз экстракты железа и редкоземельного металла в молярном соотношении 5:3, а выделение целевого продукта осуществляют, отгоняя органический растворитель при температуре 60-100°C, после чего продукт подвергают пиролизу при температуре 600-700°C.
К недостаткам данного способа можно отнести использование дорогостоящих и вредных органических экстрагентов и растворителей, сложность аппаратурного оформления, а также необходимость осуществления стадии отгонки растворителя.
Известен способ получения железо-иттриевого граната твердофазным методом [Булатова А.Н. Механизмы зарядовой компенсации и свойства субмикрокристаллических феррит-гранатов при отклонениях от стехиометрии по катионному составу и кислороду. Физика и химия обработки материалов. - 2008. - №5. - С.61-64], где в качестве исходных веществ используют оксиды иттрия Y2O3 и железа Fe2O3, смешанные в молярном отношении (3:5). Навески оксидов перемешивают в среде этилового спирта в планетарной мельнице в течение 60 минут. Затем производят сушку смеси в печи и прессование под давлением в виде таблеток. После предварительного обжига при 1150°C в течение 4 часов проводят второй помол и смешивание в среде этилового спирта в планетарной мельнице в течение 60 минут с последующей сушкой и формировкой из пресспорошка с добавлением связки (водного раствора поливинилового спирта), под давлением образцов в виде таблеток. Заключительный этап - высокотемпературный обжиг образцов в воздушной атмосфере при 1300°C в течение 8 часов.
К недостаткам данного способа можно отнести высокие температуры обжига и длительное измельчение порошков в планетарных мельницах.
Известен также способ получения железо-иттриевого граната золь-гель методом [Yahya, N., Masound, К. Koziol, R. Dunin Borkowski, N. Yahya. Morphology and magnenic characterization of aluminium substituted of yttrium iron garnet nanoparticles prepared using sol gel technique. Journal of nanoscience and nanotechnology. - 2011. - Vol.11. - №3. - P.2652-2656]. Смесь нитратов Y(NO3)3·6H2O и Fe(NO3)3·9H2O растворяют в 150 мл лимонной кислоты C6H8O7·H2O, интенсивно перемешивают до момента образования геля (в течение месяца, такая длительность процесса перемешивания, по мнению авторов, приводит к формированию хорошо кристаллизованной фазы Y3Fe5O12). Гель высушивают при 110°C. Затем сухой порошок прокаливают при 600°C 3 часа и измельчают в планетарной мельнице 6 часов для получения тонкодисперсного порошка. Полученный порошок спекают при температурах 900°C на протяжении 3 часов.
Недостатком данного способа является длительность проведения синтеза, так как в основе происходящих процессов лежит переход от коллоидного раствора (золя) к коллоидному осадку (гелю). Данный переход осуществляется в большом интервале времени.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения железо-иттриевого граната методом соосаждения [Ristic, I. Nowic, S. Popovic, I. Felner. Influence of synthesis procedure on YIG formation. // Materials letters. - 2003. - №57. - P.2584-2590]. Смесь гидроксидов состава 3Y(OH)3+5Fe(OH)3 осаждают из водных растворов соответствующих солей нитратов раствором аммиака при pH 10,4, затем их промывают бидистиллированной водой и высушивают. Сухую смесь гидроксидов нагревают до 600°C, после нагрева продукт прессуют в таблетки и проводят его прокаливание при температуре 900°C в течение 2-8 часов и затем при 1200°C - 2 часа.
К недостаткам данного способа можно отнести загрязнение полученного осадка анионами и катионами осадителя, большой расход электроэнергии, а также длительность процесса.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка ионообменного способа получения железо-иттриевого граната, являющегося достаточно простым, не предполагающего применения агрессивных сред и давлений.
Технический результат достигается тем, что в способе получения наноразмерного порошка железо-иттриевого граната, включающем приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли иттрия (III) и железа (III) в молярном отношении (3:5), осаждение из раствора продукта-прекурсора, отделение от раствора, промывку водой, сушку и обжиг, новым является то, что реагент-осадитель, в качестве которого используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, приводят сначала в контакт с раствором иттрия (III) при комнатной температуре в течение 60 мин, затем в систему добавляют раствор железа (III), обжиг проводят при температуре не менее 700°C.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательный уровень».
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен ИК-спектр железо-иттриевого граната: а - полученного из хлоридного раствора; б - полученного из нитратного раствора. На фиг.2 показаны рентгеновские спектры железо-иттриевого граната: а - полученного из хлоридного раствора; б - полученного из нитратного раствора. На фиг.3 представлена микрофотография железо-иттриевого граната, полученного из хлоридного раствора и обожженного при 700°C. На фиг.4 приведены спектры МКД при температуре 22°C и -180°C для образцов ЖИГ, полученных из хлоридных растворов и обожженных при 700°C.
Необходимость создания настоящего изобретения обусловлена тем, что образование железо-иттриевого граната из гидроксидов иттрия и железа (совместное их осаждение) протекает гораздо легче и при более низкой температуре, чем при использовании в качестве прекурсоров оксидных систем. Это объясняется более значительной степенью смешения исходных фаз при совместном осаждение катионов, чем при механическом перемешивании исходных веществ. Полученные таким способом железо-иттриевые гранаты обладают высокой воспроизводимостью магнитных свойств. Важной задачей является также обеспечение нужной чистоты прекурсоров.
При создании заявленного изобретения были использованы гелевые и пористые, сильноосновные аниониты в OH-форме. Полученные данные свидетельствуют, что использование пористых анионитов нецелесообразно, так как значительная доля осадка (более 50%) удерживается анионитом. Поэтому выбор сильноосновного анионита AB-17-8, содержащего в качестве функциональных групп остатки четвертичных аммониевых оснований, является предпочтительным.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
Переводят анионит АВ-17-8 (сильноосновной анионит с полистирольной матрицей, содержащий четвертичные аммониевые основания - N+(CH3)3 (ГОСТ 20301-74)) в OH-форму, осуществляют контакт анионита с раствором солей иттрия (III) и железа (III), отделение и промывку осадка, прокаливание, регенерацию анионита.
Перевод анионита в OH-форму проводят, заливая исходный АВ-17-8 в хлоридной форме 1М раствором NaOH (т:ж=1:3), затем 2 М раствором NaOH 5-6 раз, выдерживая каждую порцию в течение часа (последнюю порцию в течение суток). После чего анионит промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ион. Полученный анионит высушивают при температуре около 60°C.
Массу анионита, необходимую для синтеза, рассчитывают по формуле:
где CY, CFe - концентрация исходных растворов иттрия (III) и железа (III), М; VY, VFe - объем исходных растворов, мл; COE - статическая обменная емкость анионита в OH-форме, ммоль-экв·г-1.
Рассчитанное количество анионита, выступающего в качестве реагента-осадителя, приводят в контакт с 19 мл 0,24 М раствора иттрия (III). Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при комнатной температуре в течение 60 мин, затем в систему добавляют 31 мл 0,24 М раствора железа (III) и перемешивают еще 10 мин. После чего анионит отделяют, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Для отделения осадка проводят фильтрование на воронке Бюхнера под вакуумом. Осадок (прекурсор) после промывания водой сушат при температуре 100°C. Далее прекурсор обжигают при температуре 700°C в течение 240 мин для получения чистой фазы железо-иттриевого граната.
На фиг.1 представлен ИК-спектр полученного железо-иттриевого граната. Наблюдаемые полосы поглощения (п.п.) характерны для структуры граната: п.п. 564 см-1 соответствует колебаниям υ3(Fe-O) тетраэдрически координированного железа; п.п.597 см-1 - колебаниям υ2(Fe-O) октаэдрически координированного железа; п.п. 657 см-1 - колебаниям υ1(Y-O) додекаэдрически координированного иттрия.
На фиг.2 представлен рентгеновский спектр продуктов, обожженных при 700°C. Пики на рентгенограмме <2,77>, <2,53>, <1,71>, <3,09>, <1,65>, <1,35> характерны для кубической структуры граната.
Согласно данным ИК-спектроскопии и РФА, в продуктах, полученных с использованием анионита в качестве реагента-осадителя, образование железо-иттриевого граната происходит при более низких температурах, чем описано в прототипе (1200°C).
Исследования магнитных свойств образцов проводят методом магнитного кругового дихроизма (МКД) на оригинальной установке. МКД измеряют как разность сигналов при двух противоположных направлениях внешнего магнитного поля. Измерения МКД проведены в спектральном интервале от 350 до 600 нм в магнитном поле 3,5 кЭ при температурах 22°C и -180°C.
Пример 1. Получение наноразмерного порошка железо-иттриевого граната из хлоридных растворов иттрия (III) и железа (III) при температуре обжига 700°C.
Навеску анионита массой 34 г приводят в контакт с 19 мл 0,24 М раствора YCl3. Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при комнатной температуре в течение 60 мин, затем в систему добавляют 31 мл 0,24 М раствора FeCl3 и оставляют контактировать еще 10 мин при перемешивание на шейкере. После чего анионит отделяют, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Для отделения осадка проводят фильтрование на воронке Бюхнера под вакуумом. Полученный осадок (прекурсор) промывают водой, высушивают при 100°C в сушильном шкафу. Далее прекурсор обжигают при температуре 700°C в течение 240 мин для получения чистой фазы железо-иттриевого граната.
На фиг.1а представлен типичный ИК-спектр железо-иттриевого граната. На фиг.2а представлен типичный рентгеновский спектр железо-иттриевого граната.
На фиг.3 представлена электронная микрофотография железо-иттриевого граната, полученного при 700°C, из которой следует, что мелкие сферические частицы (размер, которых составляет 50 нм) агломерированы в крупные порядка 200 нм.
На фиг.4 представлены спектры магнитного кругового дихроизма (МКД) наночастиц железо-иттриевого граната, из которых следует, что данные частицы демонстрируют ферромагнитное поведение: максимум при 440 нм обусловлен электронным переходом в ионе Fe3+ октаэдрической координации, а максимум 480 нм связан с электронным переходом в этом же ионе в тетраэдрической координации. Данный вывод подтверждается результатами ИК-спектроскопии.
Пример 2. Получение железо-иттриевого граната из нитратных растворов иттрия (III) и железа (III) при температуре обжига 700°C.
Навеску анионита массой 39 г приводят в контакт с 19 мл 0,24 М раствора Y(NO3)3. Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при комнатной температуре в течение 60 мин, затем добавляют 31 мл 0,24 М раствора Fe(NO3)3 и оставляют контактировать еще 10 мин при перемешивании на шейкере. После чего анионит отделяют, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Для отделения осадка проводят фильтрование на воронке Бюхнера под вакуумом. Полученный осадок (прекурсор) промывают водой, высушивают при 100°C в сушильном шкафу. Далее прекурсор обжигают при температуре 700°C в течение 240 мин для получения чистой фазы железо-иттриевого граната.
На фиг.1б представлен типичный ИК-спектр железо-иттриевого граната. На фиг.2б представлен типичный рентгеновский спектр железо-иттриевого граната.
По рентгенографическим данным (дифракционный максимум 2,7) с использованием формулы Шеррера рассчитали размер полученных частиц - 18 нм, которые, вероятно, агломерированы в крупные порядка 200 нм.
Спектры магнитного кругового дихроизма (МКД) железо-иттриевого граната, полученного из нитратных растворов, аналогичны представленным на фиг.4.
Пример 3. Получение железо-иттриевого граната из хлоридных растворов иттрия (III) и железа (III) при температуре обжига 900°C.
Навеску анионита массой 34 г приводят в контакт с 19 мл 0,24 М раствора YCl3. Систему перемешивают на шейкере со скоростью 120 мин-1 при комнатной температуре в течение 60 мин, затем в систему добавляют 31 мл 0,24 М раствора FeCl3 и оставляют контактировать еще 10 мин при перемешивание на шейкере. После чего анионит отделяют, пропуская смесь через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Для отделения осадка проводят фильтрование на воронке Бюхнера под вакуумом. Полученный осадок (прекурсор) промывают водой, высушивают при 100°C в сушильном шкафу. Далее прекурсор обжигают при температуре 900°C в течение 240 мин для получения чистой фазы железо-иттриевого граната.
ИК-спектр железо-иттриевого граната, обожженного при температуре 900°C, аналогичен представленному на фиг.1a. Типичный рентгеновский спектр железо-иттриевого граната аналогичен представленному на фиг.2a.
По рентгенографическим данным (дифракционный максимум 2,7) с использованием формулы Шеррера рассчитали размер полученных частиц - 18 нм, которые, вероятно, агломерированы в крупные порядка 200 нм.
Спектры магнитного кругового дихроизма (МКД) железо-иттриевого граната, полученного из хлоридных растворов, аналогичны представленным на фиг.4.
Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что он достаточно прост, не предполагает применения агрессивных сред, высоких температур и давлений. Используя данное техническое решение, можно добиться получения продукта, не содержащего катионов осадителя, что освобождает в дальнейшем от необходимости длительной промывки полученного осадка, а также снижение температуры при его обжиге. Кроме того, предложенный анионообменный метод синтеза железо-иттриевого граната приводит к образованию высокодисперсного продукта, обладающего ферромагнитными свойствами.
Claims (1)
- Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната, включающий приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли иттрия (III) и железа (III) в молярном отношении (3:5), приведение растворов в контакт, осаждение из полученного раствора продукта-прекурсора, отделение его от раствора, промывку водой, сушку и обжиг, отличающийся тем, что реагент-осадитель, в качестве которого используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, предварительно приводят в контакт с раствором солей иттрия (III) при комнатной температуре в течение 60 мин, а затем в систему добавляют раствор солей железа (III), при этом обжиг проводят при температуре не менее 700°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158138/02A RU2509625C1 (ru) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012158138/02A RU2509625C1 (ru) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2509625C1 true RU2509625C1 (ru) | 2014-03-20 |
Family
ID=50279619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012158138/02A RU2509625C1 (ru) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2509625C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576271C1 (ru) * | 2014-12-23 | 2016-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии И Химической Технологии Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Иххт Со Ран) | Способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната |
CN115121353A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-30 | 广州天极电子科技股份有限公司 | 一种混合方法 |
RU2819764C1 (ru) * | 2023-10-03 | 2024-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения однофазного железоиттриевого граната Y3Fe5O12 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU253955A1 (ru) * | Г. С. Семикозов, В. К. Пухова , В. Т. Василенко | Способ получения ферритов-гранатов | ||
JP2009001461A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Fuji Xerox Co Ltd | 磁性粒子、その製造方法および製造装置 |
WO2011063028A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | Nitto Denko Corporation | Method for producing nanoparticles |
-
2012
- 2012-12-28 RU RU2012158138/02A patent/RU2509625C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU253955A1 (ru) * | Г. С. Семикозов, В. К. Пухова , В. Т. Василенко | Способ получения ферритов-гранатов | ||
JP2009001461A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Fuji Xerox Co Ltd | 磁性粒子、その製造方法および製造装置 |
WO2011063028A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | Nitto Denko Corporation | Method for producing nanoparticles |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
М. RISTIC и др. Influence of synthesis procedure on YIG fotmation, Materials letters, No.57, май 2003, с.2584-2590. * |
М. RISTIC и др. Influence of synthesis procedure on YIG fotmation, Materials letters, №57, май 2003, с.2584-2590. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2576271C1 (ru) * | 2014-12-23 | 2016-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии И Химической Технологии Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Иххт Со Ран) | Способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната |
CN115121353A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-30 | 广州天极电子科技股份有限公司 | 一种混合方法 |
CN115121353B (zh) * | 2022-07-01 | 2024-03-08 | 广州天极电子科技股份有限公司 | 一种混合方法 |
RU2819764C1 (ru) * | 2023-10-03 | 2024-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук | Способ получения однофазного железоиттриевого граната Y3Fe5O12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Djuričić et al. | Nanostructured cerium oxide: preparation and properties of weakly-agglomerated powders | |
Boschini et al. | Preparation of nanosized barium zirconate powder by thermal decomposition of urea in an aqueous solution containing barium and zirconium, and by calcination of the precipitate | |
CN103449503B (zh) | 一种纳米锌铝尖晶石的制备方法 | |
Jadhav et al. | A low temperature route to prepare LaFeO3 and LaCoO3 | |
CN106582602B (zh) | 一种高效的系列尖晶石纳米结构材料的合成方法 | |
Zhang et al. | Preparation of discrete nanosize ceria powder | |
Cai et al. | Homogeneous (Lu1− xInx) 2O3 (x= 0− 1) solid solutions: Controlled synthesis, structure features and optical properties | |
Wan et al. | Insight into the formation of magnetite mesocrystals from ferrous precursors in ethylene glycol | |
Du et al. | Synthesis of MgAl 2 O 4 spinel nanoparticles via polymer-gel and isolation-medium-assisted calcination | |
RU2509625C1 (ru) | Способ получения наноразмерного порошка железоиттриевого граната | |
CN106082298B (zh) | 一种铈铋复合氧化物纳米棒材料的制备方法 | |
Abu-Zied et al. | Effect of thermal treatment on the formation, textural and electrical conductivity properties of nanocrystalline Tb4O7 | |
Zheng et al. | Fabrication of YAG mono-dispersed particles with a novel combination method employing supercritical water process | |
Mindru et al. | Doped aluminium based spinels synthesized by a soft chemistry method | |
Siedliska et al. | Effect of annealing temperature on structural properties of the co-precipitated delafossite AgFeO2 | |
RU2649443C1 (ru) | Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта (ii) | |
RU2699891C1 (ru) | Способ получения наноразмерных порошков феррита меди (ii) | |
Srisombat et al. | Chemical synthesis of magnesium niobate powders | |
RU2610762C1 (ru) | Способ получения нанодисперсных оксидных материалов в виде сферических агрегатов | |
Qiu et al. | Hydrothermal synthesis of perovskite bismuth ferrite crystallites with the help of NH4Cl | |
Ahmed et al. | Water detoxification using gamma and alfa alumina nanoparticles prepared by micro emulsion route | |
JPH0714814B2 (ja) | 蓚酸稀土類アンモニウム複塩の製造方法及びそれらの稀土類酸化物製造への利用、及び得られた稀土類酸化物 | |
Šubrt et al. | Decomposition of ferrihydrite prepared from Fe (NO3) 3 aqueous solutions under varying pH | |
RU2576271C1 (ru) | Способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната | |
JPH05502011A (ja) | 活性酸化亜鉛粉末の製造方法及び得られた粉末 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161229 |