Синтез и комплексное исследование магнитожестких материалов на основе наночастиц Nd-(Fe, Co) с улучшенными функциональными свойствами
Название проекта:
Синтез и комплексное исследование магнитожестких материалов на основе наночастиц Nd-(Fe, Co) с улучшенными функциональными свойствами
Номер соглашения:
19-72-20071
Руководитель проекта:
Огнев Алексей Вячеславович
Сроки выполнения:
16.04.2019-31.12.2022
Основные полученные результаты:
Разработана технология на основе золь-гель метода и оптимизированы режимы получения нанопорошков Nd2Fe14B, Nd2(Fe,Co)14B и (Nd,Pr)2(Fe,Co). Получены порошки (Nd,Pr)2(Fe,Co)14B в полном диапазоне концентраций Со (от 0 до 100 % с шагом 10), а также образцы с Pr с диапазоном концентраций от 0 до 50 %. Проведены исследования магнитных и структурных свойств наноматериалов. Исследовано электронное строение порошков Nd-Fe-Co-B с различным содержанием кобальта методами XPS и DFT. Описаны возможные молекулярные и кристаллические модели соединений в нанопорошках на основе Nd-Fe-Со-B. Выявлена роль Pr и Co в формировании структуры нанопорошков Nd2(Fe,Co)14B и (Nd,Pr)2(Fe,Co), исследованы процессы перемагничивания магнитожестких нанопорошков, установлены вклады в коэрцитивную силу. Построены фазовые диаграммы магнитожестких материалов Nd2(Fe,Co)14B и (Nd,Pr)2(Fe,Co). Отработана технология искрового плазменного спекания (ИПС) магнитожестких материалов Nd-Fe-Со-B легированных редкоземельными элементами Pr и Dy. Исследованы специфические условия ИПС для синтеза магнитов, а именно высокие скорости нагрева (100°C/мин) и низкие температуры консолидации (700–900°C) для консолидации порошков различной дисперсности, в том числе, полученных в условиях механического помола при гомогенизации стартовых смесей. Установлено, что характер кривой намагниченности насыщения изменяется для образцов магнитов при повышении температуры ИПС. Из анализа зеренной структуры спекаемых образцов в зависимости от температуры ИПС, следует, что качество межзеренных границ (их шероховатость, извилистость и пористость) улучшается, как и совершенство самих зерен-кристаллитов при повышении температуры ИПС. Важно отметить, что деградация Нс несколько сдерживается в консолидированных образцах, изготовленных из порошка, который измельчали с добавкой меди. Изучены особенности коллективного поведения наночастиц Nd2(Fe,Co)14B и (Nd,Pr)2(Fe,Co) до и после спекания методом искрового плазменного спекания. Проведено микромагнитное моделирование процессов перемагничивания магнитожестких материалов, показано влияние формы, ширины и состава межзеренных границ на величину коэрцитивной силы и форму петель гистерезиса. Отработана технология механохимической “solvent-based” обработки Nd-Fe-B сплавов с добавками редкоземельных элементов Er и Dy. Оптимизация процесса получения порошка позволила получить крупные частицы порошка окруженные микро- и наночастицами с РЗЭ и сохранить высокие значения коэрцитивной силы. Проведена консолидация порошков методом искрового плазменного спекания образцов Nd-Fe-B+Er и Nd-Fe-B+Dy. В результате оптимизации технологии спекания (температура и время спекания, число и продолжительность импульсов тока), а также соблюдения мероприятий, направленных на предотвращения естественного оксидирования (работа в инертной атмосфере, вакуумирование), удалось добиться уменьшение образования в процессе спекания фазы Fe c 20 до 3 об.% и увеличение магнитожесткой фазы Nd2Fe14B с 77 до 95 об.%. Это позволили исследовать эффекты, связанные со спиновой переориентации фазы Nd2Fe14B в зависимости от температуры измерения.
Научная и практическая значимость:
Разработана технология на основе золь-гель метода, которая с незначительными изменениями в комбинации с искровым плазменным спеканием, может быть использована для получения магнитных сорбентов. Область использования: новые эффективные материалы для устранения экологических загрязнений, фильтрации, включая работу с радиоактивными отходами. Разработана технология механохимической “solvent-based” и сухой обработки Nd-Fe-B сплавов с добавками редкоземельных элементов, а также функциональных добавок (например, меди). Отработана технология искрового импульсного спекания постоянных магнитов из порошков Nd-Fe-B сплавов. Данная технология имеет большой потенциал для производства постоянных магнитов сложной формы с применением в высокоэффективных технических устройствах.
Список основных публикаций:
1. Шефер Р., Оппенир П.М., Огнев А.В., Самардак А.С., Солдатов И.В. (Rudolf Schäfer, Peter M. Oppeneer, Alexey V. Ognev, Alexander S. Samardak, Ivan V. Soldatov) Analyzer-free, intensity-based, wide-field magneto-optical microscopy Applied Physics Reviews 8, 031402 (2021) https://doi.org/10.1063/5.0051599 (2021 г.)
2. Г. Ахмадпур, А.Ю. Самардак, В.В. Короченцев, И.С. Осьмушко, В.Ю. Самардак, А.А. Комиссаров, Д.С. Штарев, А.С. Самардак, А.В. Огнев, Ф. Насирпури (G.Ahmadpour, A.Yu.Samardak, V.V.Korochentsev, I.S.Osmushko, V.Yu.Samardak, A.A.Komissarov, D.S.Shtarev, A.S.Samardak, A.V.Ognev, F.Nasirpouri) Microstructure, composition and magnetic properties of Nd-(Fe1-xCox)- B oxide magnetic particles synthesized by Pechini-type chemical method Advanced Powder Technology Volume 32, Issue 11, Pages 3964-3979 https://doi.org/10.1016/j.apt.2021.08.040 (2021 г.)
3. Папынов Е.К., Шичалин О.О., Белов А.А., Печников В.С., Огнев А.В., Шкуратов А.Л., Буравлев И.Ю., Дворник М.И., Чигрин П.Г., Власова Н.М., Федорец А.Н., Азон С.А., Капустина О.В., Лембиков А.О. (Papynov E.K., Shichalin O.O, Belov A.A., Pechnikov V.S., Ognev A.V., Shkuratov A.L., Buravlev I.Yu., Dvornik M.I., Chigrin P.G., Vlasova N.M., Fedorets A.N., Azon S.A., Kapustina O.V., Lembikov A.O.) Spark plasma sintering for cesium containing magnetic zeolite spent sorbent solidification Materials Chemistry and Physics (2023 г.)
4. Самардак В.Ю., Харитонов В.Н.,· Белов А.А., · Шичалин О.О.,· Папынов Е.К., Протасов А.В., Сташкова Л.А.,· Куранова Н.Н.,· Пушин В.Г.,· Самардак А.С., Огнев А.В. (Samardak V.Yu., Kharitonov V.N.,· Belov A.A., · Shichalin O.O.,· Papynov E.K., Protasov A.V., Stashkova L.A.,· Kuranova N.N.,· Pushin V.G.,· Samardak A.S., Ognev A.V) Structure, Composition and Magnetic Properties of Nd‑(Fe,Co)‑B Hard Magnetic Copper‑Doped Powders Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 35, 1703–1708 https://doi.org/10.1007/s10948-022-06185-w (2022 г.)
5. Cаху А.К., Челване Дж.А., Самардак А.Ю., Огнев А.В., Самардак А.С., Госал П., Моханти Дж. (Sahoo A.K., Chelvane J.A., Samardak A.Y., Ognev A.V., Samardak A.S., Ghosal P., Mohanty J.) Tuning magnetic interaction between two identical perpendicularly magnetized layers by a nonmagnetic spacer layer Journal of Magnetism and Magnetic Materials 563, 169911 https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169911 (2022 г.)
6. Артур Драньков, Олег Шичалин, Евгений Папынов, Алексей Номеровский, Виталий Майоров, Владимир Печников, Андрей Иванец, Игорь Буравлев, София Ярусова, Алексей Завьялов, Алексей Огнев, Валерия Балыбина, Алексей Лембиков, Иван Тананаев, Николай Шапкин (Artur Dran'kov, Oleg Shichalin, Evgeniy Papynov, Alexey Nomerovskii, Vitaliy Mayorov, Vladimir Pechnikov, Andrei Ivanets, Igor Buravlev, Sofiya Yarusova, Alexey Zavjalov, Aleksey Ognev, Valeriya Balybina, Aleksey Lembikov, IvanTananaev, Nikolay Shapkin) Hydrothermal synthesis, structure and sorption performance to cesium and strontium ions of nanostructured magnetic zeolite composites Nuclear Engineering and Technology https://doi.org/10.1016/j.net.2021.12.010 (2021 г.)
7. Е. К. Папынов, А. Д. Номеровский, А. С. Азон, В. О. Главинская, И. Ю. Буравлев, , А. В. Огнев, А. С. Самардак, А. Н. Драньков, С. Г. Красицкая, И. Г. Тананаев (Papynov, E.K., Nomerovskii, A.D., Azon, A.S., Glavinskaya, V.O., Buravlev, I.Y., Ognev, A.V., Samardak, A.S., Dran’kov, A.N., Krasitskaya, S.G., Tananaev, I.G.) Macroporous Magnetic Iron Oxides and Their Composites for Liquid-Phase Catalytic Oxidation Russian Journal of Inorganic Chemistry 65 (11), pp. 1642-1653 https://doi.org/10.1134/S0036023620110157 (2020 г.)
8. G. Ahmadpour, А.Ю. Самардак, F. Nasirpouri, А.С. Самардак, А.В. Огнев (G. Ahmadpour, A. Yu. Samardak, F. Nasirpouri, A. S. Samardak, A.V. Ognev) Preparation and Structure of Oxide and Reduced Nd(Fe1-xCox)B Nanoparticles Solid State Phenomena 312, 288–294 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.312.288 (2020 г.)
9. В. Ю. Самардак, С. А. Азон, А. Ю. Самардак, Е. К. Папынов, А. С. Самардак, А. В. Огнев (V. Yu Samardak, S. A. Azon, A. Yu Samardak, E. K. Papynov, A. S. Samardak, A. V. Ognev) Effect of Co substitution on the microstructure and magnetic properties of Nd-(Fe1–x Cox )-B particles synthesized by a modified Pechini-type chemical method St. Petersburg Polytechnic University Journal - Physics and Mathematics v.15, 3.1, p.38 https://doi.org/10.18721/JPM.153.106 (2022 г.)
10. Папынов Е.К., Драньков А.Н., Ткаченко И.А., Буравлев И.Ю., Майоров В.Ю., Меркулов Е.Б., Федорец А.Н., Огнев А.В., Самардак А.С., Дренин А.С., Тананаев И.Г. (Papynov E.K., Drankov A.N., Tkachenko I.A., Buravlev I.Yu., Mayorov V.Yu., Merkulov E.B., Fedorets A.N., Ognev A.V., Samardak A.S., Drenin A.S., Tananaev I.G.) Synthesis and sorption characteristics of magnetic materials based on cobalt oxides and their reduced forms Russian Journal of Inorganic Chemistry (2020 г.)
11. Самардак В.Ю., Азон С.А., Самардак А.Ю., Папынов Е.К., Самардак А.С., Огнев А.В. (Samardak Vadim Yu., Azon S.A., Samardak Aleksei Yu., Papynov Evgeniy K., Samardak Alexander S., Ognev Aleksei V.) NdFeCo-based Nanoparticles for Biomedical Applications International Journal of Biomedicine. 2021;11 Suppl 1: S14, P-7 https://doi.org/10.21103/IJBM.11.Suppl_1.P7 (2021 г.)
12. Огнев Алексей, Самардак Александр, Печников Владимир, Папынов Евгений (Ognev Alexey, Samardak Alexander, Pechnikov Vladimir, Papynov Evgeniy) SPS Temperature Influence on the Composition, Structure and Magnetic Properties of Hematite Ceramics Materials Science Forum Vol. 1045, pp 102-108 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1045.102 (2021 г.)
13. М.И. Собиров, А.Ю. Самардак, С. Р. Потапова, М. Б. Карибов, К. А. Рогачев, А. В. Огнев, А. С. Самардак (M. I. Sobirov, A. Yu. Samardak, S. R. Potapova, M. B. Karibov, K. A. Rogachev, A. V. Ognev, A. S. Samardak) FORC-investigation of magnetic properties of Ni nanowire arrays synthesized using Al2O3 templates with different order of pores St. Petersburg State Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics Vol. 15, No. 3.1, p.113 https://doi.org/10.18721/JPM.153.119 (2022 г.)