Золь-гель синтез, структура и магнитные свойства алюмоферрита бария для использования в составе магнитореологических жидкостей

Перспективным направлением применения микро- и наноразмерных магнитных частиц является создание магнитореологических материалов, в которых такие частицы являются компонентом комплексной дисперсной фазы. Наибольшую роль играет высокое значение напряжения сдвига в суспензиях на основе магнитных частиц при приложении магнитного поля, а также низкое значение коэрцитивной силы. Целью работы являлось изучение структуры, морфологии, магнитных свойств алюмоферрита бария и оценка его эффективности в магнитном поле (по реологическим свойствам магнитореологической жидкости, изготовленной с его использованием). Цитратным золь-гель методом синтезирован алюмоферрит бария BaAl₂Fe₁₀O₁₉ гексагональной структуры. С использованием методов рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии, магнетометрии исследованы его структурные и микроструктурные особенности, магнитные свойства. Порошок обладал максимальной удельной намагниченностью M = 20,4 А × м²/кг и коэрцитивной силой H_c = 4,8 kOe (при 300 К). Высокое значение напряжения сдвига суспензии (3,5 кПа) при сравнительно невысокой индукции магнитного поля (625мТл) позволяют считать полученный материал перспективным для использования в качестве дополнительного функционального наполнителя для магнитореологических жидкостей.

1. Khan, S. A. Principles, Characteristics and Applications of Magneto Rheological Fluid Damper in Flow and Shear Mode / S. A. Khan, A. Suresh, N. SeethaRamaiah // Procedia Materials Sci. ‒ 2014. ‒ Vol. 6. ‒ P. 1547–1556. https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.136

2. Kordonski, W. I. Magnetorheological Jet (MR Jet[sup TM]) Finishing Technology / W. I. Kordonski, A. B. Shorey, M. Tricard // J. Fluids Eng. ‒ 2006. ‒ Vol. 128, iss. 1. ‒ P. 20. https://doi.org/10.1115/1.2140802

3. Магнитореологические жидкости: технологии создания и применение: монография / Е. С. Беляев [и др.]; под ред. А. С. Плехова. – Н. Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р. Е. Алексеева, 2017. – 94 с.

4. Magnetic fluid hyperthermia (MFH): cancer treatment with AC magnetic fluid induced excitation of biocompatible supeparamagnetic nanoparticles / A. Jordan [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. – 1999. – Vol. 201, iss. 1‒3. – P. 413‒419. https://doi.org/10.1016/s0304-8853(99)00088-8

5. Marie, H. Magnetic-fluid-loaded liposomes for MR imaging and therapy of cancer / H. Marie, V. Plassat, S. Lesier // J. Drug Deliv. Sci. Technol. – 2013. – Vol. 23, № 1. – P. 25‒37. https://doi.org/10.1016/S1773-2247(13)50004-9

6. Нанодисперсные наполнители на основе оксида железа для комплексной дисперсной фазы магнитоуправляемых гидравлических жидкостей / Е. В. Коробко [и др.] // Наноструктуры в конденсированных средах: сб. науч. ст. ‒ Минск: Ин-т тепло- и массобмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2018. ‒ С. 182‒188.

7. The size induced effect on rheological properties of Co-ferrite based ferrofluid / M. Chand [et al.] // J. Non-Cryst. Solids. – 2013. – Vol. 361. – P. 38‒42. https://doi.org/10.1016/J.JNONCRYSOL.2012.10.003

8. Synthesis and characterization of cobalt-zinc ferrite nanoparticles coated with DMSA / S. Manouchehri, Z. Ghasemian, D. ShahbaziGahrouei, M. Abdolah // Chem Xpress. ‒ 2013. ‒ Vol. 2, iss. 3. ‒ P. 147–152.

9. Study of magnetic and structural properties of ferrofluids based on Cobalt-Zinc ferrite nanoparticles / J. López [et al.] // Bull. Am. Phys. Soc. ‒ 2012. ‒ Vol. 324, iss. 4. ‒ P. 394‒402. https://doi.org/10.1016/J.JMMM.2011.07.040

10. Effect of Zn Substitution on the Magnetic Properties of Cobalt Ferrite Nano Particles Prepared Via Sol-Gel Route / S. Singhal [et al.] // JEMAA. ‒ 2010. ‒ Vol. 2, iss. 6. ‒ P. 376–381. http://doi.org/10.4236/jemaa.2010.26049

11. Cobalt Ferrite Nanocrystallites for Sustainable Hydrogen Production Application / S. G. Rajendra [et al.] // Int. J. Electrochem. ‒ 2011. ‒ Iss. 1. – Article ID 729141. https://doi.org/10.4061/2011/729141

12. Chandrashekhar, A. Cobalt Ferrite Nanocrystallites for Sustainable Hydrogen Production Application / A. Chandrashekhar, V. Ladole // Int. J. Chem. Sci. ‒ 2012. ‒ Vol. 10, iss. 3. ‒ P. 1230–1234. https://doi.org/10.4061/2011/729141

13. Effect of Zn addition on structural, magnetic properties, antistructural modeling of Co1−xZnxFe2O4 nano ferrite / S. Raghuvanshi [et al.] // AIP Conference Proceedings. ‒ 2018. ‒ Vol. 1953, iss. 1. – Article ID 030055. https://doi.org/10.1063/1.5032390

14. Получение и характеризация ферритов кобальта и кобальта-цинка для магнитореологических материалов / Ю. С. Гайдук [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. ‒ 2022. ‒ Т. 24, № 1. ‒ С. 19‒28. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/0000

15. Sawadzky, G. A. Cation Distributions in Octahedral and Tetrahedral Sites of the Ferrimagnetic Spinel CoFe2O4 / G. A. Sawadzky, F. Van der Woude, A. H. Morrish // J. Appl. Phys. ‒ 1968. ‒ Vol. 39, iss. 2. ‒ P. 1204–1206. https://doi.org/10.1063/1.1656224

16. Синтез, структура и магнитные свойства кобальт-цинкового наноферрита для магнитореологических жидкостей / Ю. С. Гайдук [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. ‒ 2020. ‒ Т. 22, № 2. ‒ С. 28–38. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2526

17. Fabrication and absorbing property of microwave absorbes based on BaAl2Fe10O19 and poly(o toluidine) / Ch. Keyu [et al.] // Synth. Met. – 2011. – Vol. 161, iss. 21‒22. – P. 2192‒2198. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2011.07.019

18. Изучение влияния замещения алюминием на электрические свойства гексаферрита бария [Электронный ресурс] / А. Ю. Стариков [и др.] // Вестн. СМУС74. ‒ 2018. ‒ Т. 1, № 3. ‒ С. 67‒69. – Режим доступа: https://smus74.ru/content/vypusk-3-22-2018

19. Золь-гель синтез нанодисперсных тверды растворов на основе гексаферрита бария состава SrxBa(1–x)Fe12O19 / А. И. Ковалёв [и др.] // Вестн. Южно-Урал. гос. ун-та. Сер.: Химия. ‒ 2023. ‒ Т. 15, № 1. ‒ С. 131‒137.

20. Pullar, R. C. Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics / R. C. Pullar // Prog. Mater. Sci. ‒ 2012. ‒ Vol. 57, iss. 7. ‒ P. 1191‒1334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001

21. Nikmanesh, H. Study of the structural, magnetic, and microwave absorption properties of the simultaneous substitution of several cations in the barium hexaferrite structure / H. Nikmanesh, S. Hoghoghifard, B. Hadi-Sichami // J. Alloys Compd. ‒ 2019. ‒ Vol. 775. ‒ P. 1101‒1108. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.051

22. Синтез наноразмерных кобальт-цинковых ферритов методом низкотемпературного распыления с последующим термолизом / Е. Г. Петрова [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хім. навук. – 2018. – Т. 54, № 4. – С. 406–412. https://doi.org/10.29235/15618331-2018-54-4-406-412

23. Electrical and Dielectric Properties of Y3+-Substituted Barium Hexaferrites / I. A. Auwal [et al.] // J. Supercond. Nov. Madn. ‒ 2017. ‒ Vol. 30, iss. 7. ‒ P. 1813–1826. https://doi.org/10.1007/s10948-017-3978-8

24. Synthesis and characterization of poly(1-vinyl-1,2,4-triazole) (PVTri)–barium hexaferrite nanocomposite / Z. Durmus [et al.] // Physica B. ‒ 2011. ‒ Vol. 406, iss. 11. ‒ P. 2298–2302. https://doi.org/10.1016/j.physb.2011.03.063

25. Phase evolution and temperature dependent magnetic properties of nanocrystalline barium hexaferrite / M. G. Shalini [et al.] // J. Mater. Sci. – Mate. Electron. ‒ 2019. – Vol. 30. – P. 13647–13654. https://doi.org/10.1007/s10854-019-01734-x

26. Microwave Absorption Properties of BaFe12O19 Prepared in Different Temperature with Polyaniline Nanocomposites / W. J. Feng [et al.] // Adv. Mater. Res. ‒ 2017. ‒ Vol. 1142. – P. 211–215. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.1142.211

27. Структура и магнитные свойства гексагонального феррита бария / К. В. Чернякова [и др.] // Вестн. БГУ. Сер. 2, Химия. Биология. География. ‒ 2008. ‒ № 1. ‒ С. 9‒13.

28. Zahari, M. H. Structural and magnetic properties of hexagonal barium ferrite synthesized through the sol-gel combustion route / M. H. Zahari, B. H. Guan, L. K. Chuan // AIP Conference Proceedings. ‒ 2016. ‒ Vol. 1787, iss. 1. ‒ P. 1‒6. https://doi.org/10.1063/1.4968136