Физические свойства железосодержащих матриц и нанокомпозитных му

На правах рукописи

Поречная Надежда Ивановна

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТРИЦ И НАНОКОМПОЗИТНЫХ МУЛЬТИФЕРРОИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 01.04.04 — физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург — 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Набережнов Александр Алексеевич

Официальные оппоненты:

АФАНАСЬЕВ Валентин Петрович

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой квантовой

электроники и оптико-электронных приборов

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

СМИРНОВ Олег Павлович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

НИЦ «Курчатовский институт» ФГБУ «Петербургский институт

ядерной физики им. Б.П. Константинова»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет»

Защита состоится «12» сентября 2013 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.229.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, учебный корпус 4, ауд. 305.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт- Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан « » 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор технических наук, профессор

EMBED PBrush

Коротков Александр Станиславович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время наблюдается устойчивый рост интереса к наноструктурированным и нанокомпозитным материалам различной природы (диэлектрическим, сегнетоэлектрическим, магнитным и пр.), в частности к многофункциональным материалам, совмещающим несколько типов упорядочения, например, магнитоэлектрикам. Сосуществование в таких материалах двух подсистем (магнитной и электрической) предполагают возможность намагничивания под воздействием электрического поля и, наоборот, поляризации под воздействием магнитного поля. Поиск новых объектов, подходящих для создания подобных структур (многофункциональных материалов) является весьма актуальной задачей, как с фундаментальной, так и с практической точек зрения. Приступая к работе с новыми объектами, в первую очередь необходимо всестороннее изучить их структуру и свойства. В качестве таких объектов, подходящих для создания многофункциональных материалов, в настоящей работе предлагается использовать активные (магнитные) матрицы на базе двухфазных щелочно-боросиликатных стекол, содержащих оксид железа (III). Оригинальные технологии изготовления этих стекол и пористых образцов на их основе разработаны в ИХС РАН, сотрудниками ИХС РАН также проведена первичная аттестация предоставленных образцов [1-3].

Целью диссертационной работы является определение физических характеристик и особенностей структуры двухфазных железосодержащих щелочно-боросиликатных стекол (ЩБС) и пористых магнитных матриц на их основе, пригодных для создания многофункциональных нанокомпозитных материалов с пространственно разделенными магнитным и сегнетоэлектрическим упорядочениями.

Основные задачи работы:

Получение информации о морфологии двухфазных (непористых) железосодержащих ЩБС с различными концентрациями Fe2O3 в исходной шихте и пористых магнитных матриц на их основе методами атомно-силовой микроскопии.

Определение кристаллической структуры и характерных размеров частиц оксида железа в непористых железосодержащих ЩБС с различными концентрациями Fe2O3 в исходной шихте и в пористых магнитных матрицах из анализа дифракционных спектров, полученных методом порошковой рентгеновской дифракции высокого разрешения и проведение фазового анализа

Исследование диэлектрического отклика непористых железосодержащих ЩБС с различными концентрациями Fe2O3 в исходной шихте и пористых магнитных матриц на их основе.

Получение данных о магнитных характеристиках двухфазных железосодержащих ЩБС и пористых магнитных матриц на основе анализа результатов магнитно-силовой микроскопии, вибрационной магнитометрии и при помощи сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД).

Исследование диэлектрического отклика нанокомпозитных материалов на основе пористых магнитных матриц, в том числе и во внешних магнитных полях.

Изучение влияния магнитного поля на температурную зависимость параметра порядка в нанокомпозитах с внедренным нитритом натрия.

Все эти данные необходимы для разработки эффективных технологий создания на основе подобных пористых матриц мультифункциональных нанокомпозитных материалов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

Впервые методами атомно-силовой микроскопии исследована морфология двухфазных железосодержащих стекол Fe25 – 50 % SiO2–20 % B2O3–5 % Na2O–25 % Fe2O3, Fe20 – 60 % SiO2–15 % B2O3–5 % Na2O–20 % Fe2O3, Fe15 – 60 % SiO2–20 % B2O3–5 % Na2O–15 % Fe2O3 и пористых магнитных матриц на основе стекла Fe20. Доказано, что в исследуемых образцах железосодержащих стекол образуются агломераты магнитной фазы, размер которых зависит от концентрации оксида железа в исходной шихте стекла.

Выявлено, что допирование двухфазных щелочно-боросиликатных стекол оксидом железа (III) приводит к формированию наночастиц магнетита, которое в случае образцов с 15 % и 25 % содержанием Fe2O3 сопровождается образованием метастабильной при обычных условиях фазы – β-Fe2O3. Определены дифракционные размеры наночастиц магнетита и β-Fe2O3.

Впервые исследованы магнитные свойства двухфазных и пористых железосодержащих стекол, определены значения и коэффициенты магнитострикции для стекол Fe20 MIP, поры которых заполнены KNO3.

Получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости и удельной проводимости двухфазных и пористых железосодержащих стекол, изучено влияние концентрации Fe2O3 на диэлектрические свойства двухфазных стекол.

Показано, что DC-проводимость двухфазного стекла, содержащего 20 % оксида железа (III) и двух пористых магнитных матриц на его основе описывается законом Аррениуса с энергиями активации 1,2 ± 0,1 эВ для макропористого, 1,1 ± 0,1 эВ для микропористого и 1,0 ± 0,1 эВ для двухфазного стекла.

Исследованы первые образцы нанокомпозитных материалов с сосуществующими магнитным и сегнетоэлектрическим упорядочениями и получены первые данных об их диэлектрическом отклике, в том числе и в магнитных полях.

Впервые получены данные о влиянии магнитного поля на температурную зависимость параметра порядка для нитрита натрия, внедренного в магнитные пористые стекла.

Научная и практическая значимость работы. Изложенные в диссертации результаты представляют интерес с точки зрения физики нанокомпозитных материалов и могут быть использованы при разработке новых материалов, сочетающих в себе взаимодействующие пространственно разделенные сегнетоэлектрическую и магнитную подсистемы.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Рост концентрации оксида железа (III) (Fe2O3) в исходной шихте стекла приводит к увеличению размера железосодержащих агломератов (кластеров).

Нелинейная зависимость дифракционного размера наночастиц магнетита от процентного содержания Fe2O3 во всех исследованных образцах двухфазных железосодержащих стеклах.

Дефектность тетраэдрических позиций железа в наночастицах магнетита в пористых стеклах Fe20 MIP и Fe20 MAP.

Существование магнитных свойств в двухфазных и пористых железосодержащих стеклах и определение величин соответствующих коэрцитивных полей.

Самоорганизация наночастиц магнетита в железосодержащие магнитные агломераты.

Термоактивационная природа проводимости в железосодержащих стеклах.

Установление экспериментальных фактов влияния магнитного поля на температурные зависимости сегнетоэлектрического параметра порядка в магнитных нанокомпозитах с нитритом натрия и влияния магнетита на диэлектрическую проницаемость нанокомпозитов с внедренными сегнетоэлектриками при низких температурах.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется комплексным использованием различных экспериментальных методик, включая атомно-силовую микроскопию, диэлектрическую спектроскопию, дифракцию рентгеновских лучей, исследование магнитных свойств с помощью СКВИД и вибрационного магнитометра, и дифференциальную сканирующую калориметрию, самосогласованностью результатов, полученных различными методами, и использованием современных средств анализа экспериментальных данных. Полученные результаты соответствуют существующим теоретическим представлениям и экспериментальным результатам, известным для обычных ЩБС.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах, всероссийских и международных конференциях, в том числе: на 39 Международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ», 2010г., на 45-ой Школе ПИЯФ по физике конденсированного состояния (ФКС-2011), на 10-ом Международном семинаре «Пористые стекла – специальные стекла» PGL’2011, на Международной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела» (ФТТ-2011), 2011 г., на 11-ом Международном симпозиуме по сегнетоэлектрикам и наноструктурам (International Symposia on Ferroic Domains and Micro- to Nanoscopic Structures – ISFD-11-RCBJSF), 2012 г., на 7-ом Международном Семинаре по физике сегнетоэлектриков (The Seventh Seminar on Ferroelastic Physics), 2012 г., на Международной конференции «Широкополосная диэлектрическая спектроскопия и ее применения» (BDS 2012), 2012 г., на Международной конференции по анализу дифракционных данных (International Conference «Analysis of Diffraction Data in Real Space» (ADD2013)), 2013

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 5 — статьи в рецензируемых журналах [1–5] и 7 тезисов докладов [6–12].

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Описанные в диссертации экспериментальные исследования проводились совместно с соавторами, обработка экспериментальных данных проведена автором. Автор внес значительный вклад в написание статей, раскрывающих содержание работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка. Общий объем диссертации 124 страницы, включая 46 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 134 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определена цель работы, обоснованы научные новизна и значимость, а также практическая ценность работы, достоверность результатов и сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Содержатся сведения об апробации работы. Кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава — обзор литературы, в котором описываются современные подходы к созданию новых электронных устройств на основе магнитоэлектрических материалов. Обосновывается перспективность использования пористых магнитных матриц на основе двухфазных стекол для создания объемных нанокомпозитных магнитоэлектрических материалов. Описываются факторы и процессы, приводящие к образованию двухкаркасной или капельной структуры в многофазных стеклах, методы изготовления пористых матриц (стекол) и структурные различия между микропористыми и макропористыми матрицами. Подробно рассматриваются способы заполнения пористых матриц в зависимости от свойств внедряемого вещества: заполнение из расплава, если вещество хорошо смачивает поверхность пор, заполнение из расплава под давлением для заполнения матрицы несмачивающим веществом и химический синтез вещества из раствора или газового соединения внутри порового пространства. Представлен обзор работ, посвященных влиянию условий ограниченной геометрии, создаваемых пористой структурой, на свойства магнетиков и сегнетоэлектриков, в частности на температуру и род фазовых переходов. Приведены данные исследований структурных особенностей и свойств различных многокомпонентных стекол, содержащих оксид железа (III) в исходной шихте.

Во второй главе представлены краткая характеристика исследуемых образцов двухфазных и пористых железосодержащих стекол, описание экспериментальных методик, используемых в работе и методов подготовки образцов к измерениям. Исследования морфологии проводились при помощи атомно-силовой микроскопии, для определения кристаллической фазы оксида железа в составе стекла использовался метод рентгеновской дифракции. Исследования температурных зависимостей диэлектрической проницаемости и удельной проводимости были получены при помощи широкополосного диэлектрического спектрометра Novocontrol BDS 80, возможности которого позволяют проводить измерения в температурном диапазоне 160 – 400 ºC и при частотах от 3 мкГц до 20 МГц. Для исследования магнитных свойств двухфазных и пористых железосодержащих стекол применялись следующие методики:

магнитно-силовая микроскопия. Измерения проводились в магнитных полях от -1000 Э до 4000 Э при температуре 4 К;

вибрационная магнитометрия. В случае двухфазного железосодержащего стекла измерения проводились при температуре 4 К в магнитных полях -140000–140000 Э, для макропористого стекла — при комнатной температуре и в магнитных полях -10000–10000 Э;

СКВИД. Температурная зависимость намагниченности микропористого магнитного стекла снималась в два прохода: первый проход – охлаждение в нулевом магнитном поле до 5 К с последующим нагревом до 300 К в измерительном поле 100 Э, второй проход – охлаждение в измерительном магнитном поле.

Дифракция тепловых нейтронов. Исследованы температурная и полевая зависимости поведения параметра порядка для магнитных матриц Fe20 MIP и Fe20 MAP, содержащих внедренный сегнетоэлектрик NaNO2.

Третья глава состоит из четырех разделов и посвящена результатам исследования двухфазных непористых железосодержащих стекол следующих составов: Fe25 – 50 % SiO2–20 % B2O3–5 % Na2O–25 % Fe2O3, Fe20 – 60 % SiO2–15 % B2O3–5 % Na2O–20 % Fe2O3, Fe15 – 60 % SiO2–20 % B2O3–5 % Na2O–15 % Fe2O3.

Морфология двухфазных железосодержащих стекол

В разделе приводятся результаты исследования топографии (методом атомно-силовой микроскопии) двухфазных железосодержащих стекол с различным содержанием оксида железа (III). Полученные данные согласуются с данными исследования «объемной» структуры железосодержащих стекол, полученными в ИХС РАН методом просвечивающей электронной микроскопии [1,2].

Исследования показали, что в результате допирования оксидом железа (III) в двухфазных щелочно-боросиликатных стеклах наряду с двухкаркасной структурой (Рисунок 1 а) образуются агломераты железосодержащей фазы (Рисунок 1 б), размер и плотность которых зависят от концентрации Fe2O3 в исходной шихте. Анализ данных атомно-силовой микроскопии (АСМ) показал, что в стекле Fe25 (25 % Fe2O3) образуются агломераты средним размером 940 ± 10 нм и 500 ± 10 нм, в стеклах Fe20 (20 % Fe2O3) – 450 ± 10 нм, в стеклах Fe15 (15 % Fe2O3) – 230 ± 10 нм. Таким образом можно сделать вывод, что в исследуемых двухфазных стеклах сосуществуют агломераты железосодержащей фазы и двухкаркасная структура, необходимая для изготовления пористых матриц.

Магнитные свойства

Анализ данных магнитно-силовой микроскопии показал, что все железосодержащие агломераты обладают магнитными свойствами. В отсутствии внешнего магнитного поля каждому агломерату соответствует несколько нанообластей с разнонаправленными магнитными моментами.

При приложении магнитного поля 4000 Э магнитные моменты всех нанообластей сориентировались по направлению поля (образец Fe25). Для оценки коэрцитивного поля стекла Fe25 была проведена серия измерений распределения намагниченности участка образца, содержащего три агломерата в магнитных полях 0 — 4000 Э и от 4000 Э до -1000 Э. Определенное таким образом значение коэрцитивного поля составило 750–900 Э. Измерения во внешнем магнитном поле проводились при температуре 4 К.

Полевая зависимость намагниченности двухфазного стекла, допированного 20 % Fe2O3 (Fe20) была получена при помощи вибрационного магнитометра при температуре 4 К (Рисунок 2). На рисунке явно виден гистерезис, т.е. образец Fe20 обладает остаточной намагниченностью и коэрцитивным полем 870 Э. Таким образом, оценки коэрцитивных полей двух образцов, полученные разными методами, практически совпадают, т.е. их значения для двухфазных железосодержащих стекол не зависят от концентрации оксида железа (III) в исходной шихте.

Анализ кристаллической структуры

Профильный анализ данных рентгеновской дифракции показал, что во всех образцах двухфазных железосодержащих стекол преобладает кристаллическая фаза магнетита (Fe3O4), однако в случае образцов с 15 % и 25 % содержанием Fe2O3 в исходной шихте (Fe15 и Fe25 соответственно) наблюдается образование дополнительной кристаллической фазы β-Fe2O3. Для образца Fe15 содержание β-Fe2O3 составило 23 ± 6 масс. %, а Fe3O4 – 77 ± 6 масс. %. При помощи формулы Холла-Вильямса, учитывающей влияние размерного эффекта и упругих напряжений на уширение дифракционного пика, были определены дифракционные размеры частиц магнетита для каждого образца и β-Fe2O3 для образца Fe15. В случае стекла Fe15 размер кристаллитов Fe3O4 составил 161 ± 9 Å, β-фазы оксида железа (III) – 208 ± 10 Å, для Fe20 размер частиц магнетита составил 150 ± 5 Å, а для Fe25 – 454 ± 6 Å.

Диэлектрический отклик

В разделе представлены температурные зависимости диэлектрической проницаемости (ε′) и удельной проводимости (σ = ωε0ε″) исследованных двухфазных железосодержащих стекол на частотах 5 Гц и 1,2 кГц. Приводится сравнение диэлектрических характеристик исследуемых образцов с щелочно-боросиликатным стеклом без добавления оксида железа (III): 70 % SiO2–23 % B2O3–7 % Na2O (сплошная красная линия на рисунке 3). Значения диэлектрической проницаемости всех образцов при комнатной температуре (300 K) превышают значение ε′ стекла без Fe2O3 почти в 10 раз. В случае образца Fe15 наблюдается резкий рост диэлектрической проницаемости во всем диапазоне температур. В то же время для образцов Fe20 и Fe25 на частоте 5 Гц зависимость ε′ в интервале температур 425 – 450 K имеет

температурную аномалию, и величина ε′ для этих образцов возрастает приблизительно в 100 раз при повышении температуры до 550 K (Рисунок 3). При увеличении измерительной частоты положение аномалии на кривых сдвигается в сторону более высоких температур.

Температурные зависимости удельной проводимости всех стекол демонстрируют экспоненциальный рост с увеличением температуры. С добавлением оксида железа (III) величина проводимости увеличивается, особенно это заметно при температурах ниже 400 К. Наибольшие значения проводимости, как и диэлектрической проницаемости, демонстрирует образец Fe20, содержащий 20 % Fe2O3 в исходной шихте.

На основании полученных данных о свойствах и структуре двухфазных щелочно-боросиликатных стекол для изготовления пористых матриц был выбран образец Fe20, т.к. он обладает наибольшими значениями ε и проводимости, кроме того, в отличие от других образцов Fe20 содержит только одну кристаллическую фазу (магнетит).

В четвертой главе представлены результаты исследования структуры и свойств пористых железосодержащих матриц на основе стекла Fe20. Глава состоит из трех разделов.

Морфология и особенности кристаллической структуры

Рассматриваются топография и «объемная» структура микропористого (Fe20 MIP) и макропористого (Fe20 MAP) стекол. На рисунке 4 представлены изображения, полученные при помощи атомно-силового микроскопа. Здесь видно, что в результате травления двухфазного железосодержащего стекла Fe20 (т.е. при изготовлении пористых матриц) происходит частичное (Fe20 MIP) или полное (Fe20 MAP) вытравливание поверхностных агломератов железосодержащей фазы. Результаты химического анализа [4] показали, что даже после одностадийного травления двухфазного стекла и получения стекол Fe20 MIP процентное содержание оксида железа (III) резко уменьшается: вместо 20% остается 8,6 масс. % Fe2O3. Это дает основания предположить, что значительная часть железосодержащей фазы находилась в каналах химически нестойкой фазы, обогащенной натрием и бором, которая в процессе травления частично (Fe20 MIP) или большей частью (Fe20 MAP) «вымывается».

Анализ данных рентгеновской дифракции показал, что в обеих пористых матрицах присутствует только кристаллическая фаза магнетита с сильно дефектными тетраэдрическими позициями железа (их заселенность составила 0,80 ± 0.01 для Fe20 MIP и 0,76 ± 0.01 для Fe20 MAP). Дифракционный размер кристаллитов магнетита составляет 168 ± 7 Å для микропористого и 180 ± 5 Å для макропористого железосодержащего стекла.

Магнитные свойства

Несмотря на резкое уменьшение количества оксида железа в пористых матрицах, каждая из них проявляет магнитные свойства. На рисунке 5 представлена зависимость намагниченности макропористого железосодержащего стекла от приложенного поля, из которой следует, что Fe20 MAP, которое содержит 5,9 масс. % оксида железа (в пересчете на Fe2O3) [3] также как и двухфазное стекло Fe20 обладает магнитными свойствами. Исследования магнитного отклика образца Fe20 MIP проводились при помощи СКВИД, полученные температурные зависимости намагниченности при охлаждении в нулевом магнитном поле и в измерительном поле 100 Э показали, что образец Fe20 MIP ведет себя как набор магнитных частиц с дисперсией по размерам. Таким образом показано, что пористые железосодержащие стекла обладают магнитными свойствами и могут использоваться для создания нанокомпозитных материалов с одновременным магнитным и сегнетоэлектрическим упорядочениями.

Диэлектрический отклик

Показано, что после травления двухфазного железосодержащего стекла уменьшаются значения диэлектрической проницаемости и удельной проводимости, но на кривых диэлектрической проницаемости сохраняется температурная аномалия в районе 425 К для Fe20 MIP и 475 К для Fe20 MAP.

На основе экспериментальных данных (из годографов импеданса) были построены температурные зависимости проводимости на постоянном токе для Fe20 MIP и Fe20 MAP. При помощи аппроксимации законом Арениуса (1)

EMBED Equation.3 QUOTE QUOTE (1)

где σDC – проводимость образца на постоянном токе, Ea – энергия активации,

были вычислены значения энергии активации, которые составили 1,2 ± 0,1 эВ для макропористого (Fe20 MAP), 1,1 ± 0,1 эВ для микропористого (Fe20 MIP) и 1,0 ± 0,1 эВ для двухфазного железосодержащего стекла (Fe20).

В пятой главе приведены первые результаты исследования нанокомпозитных материалов на основе пористых магнитных стекол. Представлены результаты измерения теплоемкости микропористого и макропористого магнитных стекол, заполненных нитритом натрия и определены температуры фазовых переходов нитрита натрия в Fe20 MAP. Кроме того приведены результаты измерения диэлектрического отклика сегнетоэлектрических нанокомпозитных материалов в присутствии внешнего магнитного поля, а также первые результаты по исследованию влияния магнитного поля на температурную зависимость параметра порядка для нанокомпозитных материалов Fe20 MIP и Fe20 MAP, содержащих в порах внедренный сегнетоэлектрик NaNO2. Показано, что увеличение приложенного магнитного поля ведет к понижению температуры сегнетоэлектрического фазового перехода. Представлены результаты измерений полевых зависимостей коэффициентов продольной, поперечной и объемной магнитострикции для нанокомпозита на основе Fe20 MIP с введенным в поры KNO3.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты работы:

Впервые методом атомно-силовой микроскопии показано, что в исследованных двухфазных железосодержащих стеклах сосуществуют двухкаркасная структура и магнитные агломераты, размер и плотность которых зависят от концентрации Fe2O3 в исходной шихте стекла: 940 ± 10 нм и 500 ± 10 нм для Fe25, 450 ± 10 нм для Fe20 и 230 ± 10 нм – Fe15;

Показано, что в исследованных образцах формируются наночастицы магнетита с характерными размерами 454 ± 6 Å для Fe25, 150 ± 5 Å для Fe20 и 161 ± 9 Å для Fe15. Для образцов Fe15 и Fe25 наблюдалось образование дополнительной кристаллической фазы β-Fe2O3 с дифракционным размером 208 ± 10 Å для Fe15;

Для всех исследованных образцов двухфазных и пористых стекол, содержащих оксид железа, обнаружена самоорганизация наночастиц магнетита в магнитные агломераты и доказано наличие магнитных свойств. Определены значения коэрцитивных полей для образцов Fe20 и Fe25 (~ 870 Э);

Определены заселенности тетраэдрических и октаэдрических позиций железа в магнетите для пористых стекол Fe20 MIP и Fe20 MAP

Получены температурные зависимости диэлектрической проницаемости и удельной проводимости непористых двухфазных и пористых железосодержащих стекол. Установлено влияние концентрации оксида железа на диэлектрические свойства двухфазных стекол;

Показано, что DC-проводимость стекла Fe20 и двух пористых магнитных матриц на его основе описывается законом Аррениуса с энергиями активации 1,2 ± 0,1 эВ для Fe20 MAP, 1,1 ± 0,1 эВ для Fe20 MIP и 1,0 ± 0,1 эВ для Fe20;

Исследованы первые образцы магнитных нанокомпозитных материалов с внедренными сегнетоэлектриками (NaNO2 и KNO3) и впервые продемострировано влияние магнетита на их диэлектрические свойства. Также впервые определены полевые зависимости коэффициентов магнитострикции для стекол Fe20-MIP, заполненных сегнетоэлектриком KNO3.

Автор хочет отметить полезные рекомендации сотрудников ИХС РАН при обсуждении результатов при подготовке совместных публикаций и благодарит д.х.н. Лапшина А.Е. за помощь в идентификации фазы β-Fe2O3 в двухфазных стеклах, а м.н.с. Пшенко О.А. — за изготовление всех предоставленных образцов.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Столяр, С. В. Новые двухфазные железосодержащие натриевоборосиликатные стекла для получения нанопористых материалов с магнитными свойствами [Текст] / С. В. Столяр, И. Н. Анфимова, И. А. Дроздова, Т. В. Антропова // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. — 2011. — Т. 9, №2. — С. 433–440.

2. Antropova, T. Structure of the magnetic phase-separated and nano-porous glasses [Текст] / Antropova T., Anfimova I., Drozdova I., Poljakova I., Pshenko O., Stolyar S., Kostyreva T. // Tenth Seminar «Porous Glasses-Special Glasses» PGL’2011. Abstracts and Program, Wroclaw: Wroclaw University of Technology, 2011. — P. 10.

3. Пшенко, О.А. Химическая устойчивость двухфазных железосодержащих натриевоборосиликатных стекол в растворах HCl [Текст] / Пшенко О.А., Костырева Т.Г., Дикая Л.Ф., Антропова Т.В. // Физика и химия стекла. — 2012. — Т. 38. — № 6. — С. 858 – 860.

4. Антропова, Т. В. Структура магнитных нанокластеров в железосодержащих щелочно-боросиликатных стеклах [Текст] / Т. В.Антропова И. Н. Анфимова, И. В. Голосовский, Ю.А. Кибалин, А.А. Набережнов, Н.И. Поречная, А.В. Филимонов // Физика Твердого Тела. — 2012. — Т. 54. — Вып. 10. — С. 1977-1982.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Поречная, Н. И. Топография и магнитный отклик железосодержащего стекла по данным магнитно-силовой микроскопии [Текст] / Поречная Н. И., Плясцов С. А., Набережнов А. А., Филимонов А. В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ, серия физико–математические науки. — 2010. — Вып. 4. — С. 113-117.

Никулин, Н. М. Эффекты старения и морфология пористых стекол, содержащих внедренные материалы [Текст] / Н. М. Никулин, А. К. Овсянников, Н. И. Поречная, [и др.] // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. — 2012. — Вып. 4. — С. 38–43.

Антропова, Т. В. Структура магнитных нанокластеров в железосодержащих щелочно-боросиликатных стеклах [Текст] / Т. В.Антропова И. Н. Анфимова, И. В. Голосовский, Ю.А. Кибалин, А.А. Набережнов, Н.И. Поречная, А.В. Филимонов // Физика Твердого Тела. — 2012. — Т. 54. — Вып. 10. — С. 1977-1982.

Koroleva, E. Dielectric properties of sodium borosilicate glasses with magnetic atoms [Text] / Ekaterina Koroleva, Dmitrii Burdin, Tatyana Antropova, Nadezda Porechnaya, Alexander Naberezhnov, Irina Anfimova, Olga Pshenko // Optica Applicata. — 2012. — Vol. XLII. — №. 2. — P. 287-294.

Поречная, Н.И. Морфология железосодержащих стекол при различных концентрациях гематита [Текст] / Н.И. Поречная, А.А. Набережнов, И.А. Дроздова, И.Н. Анфимова, О.А. Пшенко // Научно-технические ведомости СПбГПУ, серия физико-математические науки. — 2012. — Вып. 4. — С. 22-28

Плясцов, С. А. Анализ железосодержащего стекла посредствам магнитно-силовой микроскопии [Текст] / С. А. Плясцов, Н. И. Поречная // XXXIX НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ. Материалы международной научно-практической конференции, СПб.: Изд. Политех. ун-та, 2010. — С. 278.

Поречная, Н. И. Боросиликатные стекла с магнитными свойствами [Текст] / Н. И. Поречная, С. А. Плясцов // Сборник тезисов XLV школы ПИЯФ РАН, Секция ФКС, Гатчина: ПИЯФ РАН, 2011. — С. 83.

Porechnaya, N. I. Combined study of structure and properties of magnetic glasses [Text] / N. I. Porechnaya, S. A. Pliascov, I. V. Golosovsky, [et al] // Tenth Seminar «Porous Glasses-Special Glasses» PGL’2011. Abstracts and Program, Wroclaw: Wroclaw University of Technology, 2011. — P. 15.

Поречная, Н. Структура и свойства двухфазных магнитных стекол и пористых матриц на их основе [Текст] / Поречная Н., Плясцов С., Королева Е., [и др.] // Сборник докладов V Международной конференции «Актуальные проблемы физики твердого тела», Минск: А.Н. Вараксин, 2011. — Т. 1. — С. 203-205.

Porechnaya, N. I. Structural study and magnetic properties of two-phase and porous ferriferous glasses [Text] / N. I. Porechnaya, S. A. Pliascov, I. V. Golosovsky, [et al] // Abstract book Joint International Symposium «11th International Symposium on ferroic Domains and Micro- to Nanoscopic Structures. 11th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity», Ekaterinburg: Ural Federal University, 2012. — P. 221.

Поречная, Н. Щелочно-боросиликатные стекла с магнитной фазой [Текст] / Поречная Н., Плясцов С., Королева Е., [и др] // Сборник докладов 7-го Международного Семинара по Физике Сегнетоэлектриков (7th International Seminar on Ferroelastics Physics), Воронеж: ВГТУ. — 2012. — С. 108.

Glavatskyy, I. Neutron diffraction studies of ferroelectric ordering of NaNO2

embedded into magnetic porous glasses [Text] / Illia Glavatskyy, A. Naberezhnov, N. Porechnaya. // Abstract Book of International Conference «Analysis of Diffraction Data in Real Space» (ADD2013), Grenoble, France, 2013 — P. 35

PAGE \* MERGEFORMAT 2

Рисунок 1. Структура двухфазных щелочно-боросиликатных железосодержащих стекол Fe25 размер кадра: а) 1 × 1 мкм; б) 5 × 5 мкм

а)

б)

EMBED Origin50.Graph

Рисунок 2. Зависимость намагниченности Fe20 от приложенного магнитного поля при температуре 4,2 К

Рисунок 3. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости (ε‘) и удельной проводимости (σ) двухфазных железосодержащих ЩБС. Pure – двухфазное ЩБС без добавления Fe2O3. Измерительная частота 5 Гц

EMBED Origin50.Graph

Рисунок 4. Топография микропористого а) и макропористого б) железосодержащих стекол

а)

б)

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED Origin50.Graph

Рисунок 5. Зависимость намагниченности образца Fe20 MAP от приложенного магнитного поля при комнатной температуре