Cпociб oдepжaння пoдbiйнoгo пepobckіtу sr2femoo6-d

Спосіб одержання подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ, що включає в себе підготовку шихти шляхом змішування взятих у співвідношенні 1:1 суміші двох прекурсорів SrFe3-х і SrMoO4, пресування таблеток при високому тиску, їх нагрівання і наступне повільне охолодження, який відрізняється тим, що перед змішуванням проводиться попереднє розмелювання прекурсорів SrFe3-х і SrMoO4 на мікрокристалічні частинки, а синтез подвійного перовскіту із шихти здійснюється у вакуумі при температурі Т=1150 °С в присутності гетера, яким є чисте залізо з масою Даний винахід відноситься до способів і матеріалів нової галузі науки і техніки спінтроніки, і може бути використаний в технології отримання нового матеріалу з високим ступенем спінової поляризації для виробництва інжекторів спінового струму в спінових транзисторах і процесорах, в датчиках магнітного поля і т.д. для запису обробки і реєстрації інформації. Спінтроніка - це область електроніки, в елементах якої використовується можливість управління електричним струмом через спін електрона, і яка базується на здійсненні переносу спінового струму (спін-спінполяризованого струму) між елементами електронних пристроїв. Для роботи з спіновим струмом потрібні пристрої для формування заданої орієнтації спінів електронів, а також елементи фільтрації спінового струму. Тому однією з основних задач спінтроніки є пошук матеріалів з високою спіновою поляризацією електронів. Перспективними матеріалами з високим ступенем спінової поляризації є так звані напівметали, до яких відносяться і оксиди перехідних металів зі структурою подвійного перовскіту. Ці магнітні матеріали мають майже стовідсоткову поляризацією спінів електронів на поверхні Фермі і досить високу температуру Кюрі (400-600 К), при порівняно невисокій коерцитивній силі. Відомий спосіб одержання твердого розчину подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ (див. роботу Min Huang, Zhi-Chun Xu. On the formation of double perovskite Sr2FeMoO6 // Thin Solid Films. - V.450, pp. 324-328, 2004), який включає в себе підготовку шихти стехіометричного складу, в яку входять оксид заліза Fe2O3 марки (99.99 %, Cerac Inc., USA) і оксид молібдену MoO3 марки (99.5 %, Merck Inc., MFe  FeMSr2FeMoO 6 Sr2FeMoO 6 , де MFe і (13) 92817 (11) - грам моль заліза і подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ, причому режим синтезу включає циклічне швидке нагрівання до температури Т=1300 °С і наступне повільне протягом 1 години охолодження знову до температури Т=1150 °С. UA Fe і Sr2FeMoO 6 (19) ровскіту Sr2FeMoO6-δ, C2 MSr2FeMoO 6 - маса заліза і маса подвійного пе 3 Germany), і карбонат стронцію SrCO3 марки (99 %, Ferak Inc., Germany), змішування її протягом 24 годин синтезу протягом 3 годин при температурі Т=1100 °С в потоці суміші газів (5 %H2-95 %N2) і швидкої сушки в мікрохвильовій установці. Недоліком даного способу є фазова неоднорідність отриманих зразків із присутністю фази SrMo4 локалізованої на границях між кристалічними зернами сполуки Sr2FeMoO6-δ, що сильно знижує фізико-хімічні властивості отриманого продукту (низькі значення намагніченості і електричної провідності, невисока температура Кюрі), а також відсутність контролю над процесом відновлення зразків і катіонного впорядкування Fe3+ і Мо5+; що дає дуже низьку повторюваність в характеристиках отриманої сполуки і приводить до значних витрат інертних газів. Найбільш близьким по технічній суті до нашого способу, вибраного як прототип, є спосіб одержання Sr2FeMoO6-δ, який включає в себе підготовку шихти шляхом змішування протягом 24 годин взятих у співвідношенні 1:1 суміші двох прекурсорів: першого прекурсора SrFe3-х, який отримувався із стехіометричної суміші реагентів SrCO3 і Fe2O3 шляхом синтезу протягом 4 годин при температурі Т=1000 °С у відновлювальній суміші газів 5 %H295%N2, і другого прекурсора SrMoO4, який синтезувався із стехіометричної суміші дрібно помолотих реагентів SrCO3 і MoO3, швидкої сушки шихти в мікрохвильовій сушильній установці, пресування таблеток діаметром 12 мм при високому тиску 100 МПа і нагріванні до температури 1200 °С при швидкості політермічного нагрівання 10 град/хв. Основні недоліки зазначеного способу є наявність кінетичних труднощів синтезу кінцевої фази, що обумовлено крупними зернами шихти. В результаті ми отримуємо велику хімічну неоднорідність кінцевого продукту з низьким значенням намагніченості, низькою температурою Кюрі, і поганою провідністю. Крім тогo тут також відсутній контроль над процесом відновлення зразків, що не дозволяє керувати концентрацією аніонних дефектів і тим самим знижує повторюваність процесу, приводить до високих витрат інертних газів, що значно знижує ефективність даного способу отримання Sr2FeMoO6-δ з заданими властивостями. Технічною задачею, на розв'язання якої направлений даний винахід, є підвищення ефективності і надійності роботи, а також зменшення вартості відомого способу за рахунок забезпечення можливості проведення синтезу в умовах контролю над процесом насичення киснем Sr2FeMoO6-δ, а також збільшення катіонного Fe3+ і Мо5+ упорядкування, що дозволяє поліпшити повторюваність фізичних характеристик, зменшити економічні витрати (витрати суміші газів 5 %H2-95 %N2) і зменшити екологічно шкідливі викиди при синтезі подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що у відомому способі, який включає в себе підготовку шихти шляхом змішування взятих у співвідношенні 1:1 суміші двох прекурсорів: першого прекурсора SrFe3-х, який отримувався із стехіометричної суміші реагентів SrCO3 і Fe2O3 шляхом синтезу протягом 4 годин при температурі 92817 4 Т=1000 °С у відновлювальній суміші газів 5 %H295%N2, і другого прекурсора SrMoO4, який синтезувався із стехіометричної суміші дрібно помолотих реагентів SrCO3 і MoO3, сушки шихти в мікрохвильовій сушильній установці, пресування таблеток діаметром при високому тиску і нагріванні до температури 1200 °С перед змішуванням проводиться попереднє розмелювання прекурсорів SrFe3-х і SrMoO4 на мікрокристалічні частинки, а синтез подвійного перовскіту із шихти здійснюється у вакуумі при температурі Т=1150 °С в присутності гетера, яким є чисте залізо з масою FeMSr2FeMoO 6 , де MFe і MSr2FeMoO6-δ - маса MFe  Sr2FeMoO 6 заліза і маса подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ, Fe і Sr2FeMoO6-δ - грам-моль заліза і подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ, причому режим синтезу включає циклічне швидке нагрівання до температури Т=1300 °С і наступне повільне на протязі до 1 години охолодження знову до температури Т=1150 °С. Працює даний спосіб наступним чином, стехіометрична суміш реагентів SrCO3 і Fe2O3 поміщається в спеціальну вакуумну камеру, відкачується до форвакууму, далі заповнюється сумішшю газів 5 %H2-95 %N2, нагрівається до температури Т=1000 °С і витримується при такій температурі 4 години. Так ми отримуємо перший прекурсор SrFe3-х. Другий прекурсор SrMoO4 синтезується на повітрі протягом 150-20 годин при температурі біля Т=1000 °С. Далі проводиться попередній відпал, або його можна назвати сушкою прекурсорів, на повітрі при температурі меншій ніж Т=900 °С, розмелювання стехіометричної суміші цих двох прекурсорів до отримання мікрочастинок 1-30 мкм і їх перемішування, причому розмелювання і перемішування прекурсорів можна проводити одночасно, шляхом одночасного розмелювання суміші вібраційним або кульовим млином. З отриманої суміші пресуються при високому тиску біля 100 МПа таблетки, розмір яких вибирається на основі технологічних розмірів пресформи і камери, в якій проводиться завершальний синтез, а також з врахуванням необхідних розмірів зразків Sr2FeMoO6δ, які ми хочемо отримати. Спресовані таблетки поміщаються в спеціальну вакуумну камеру, в якій знаходиться гетер - чисте залізо, маса якого визначається зі відношення MFe=FeMSr2FeMoO6-δ/Sr2FeMoO6-δ, де MFe і MSr2FeMoO6-δ маса заліза і маса подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ, Fe і Sr2FeMoO6-δ - грам-моль заліза і подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ. Далі ці таблетки нагрівають до температури Т=1150 °С. Після досягнення цієї температури проводять швидкий нагрів до температури Т=1300 °С і повільне охолодження (протягом 1 години) до температури Т=1150 °С. Операцію нагріву повторюють протягом всього часу синтезу подвійного перовскіту Sr2FeMoO6-δ у цій камері. Загальний час синтезу складає 15-20 годин. Після цього синтезований продукт повільно охолоджують (не менше 5 годин) до кімнатної температури. Швидкий нагрів від Т=1150 °С до Т=1300 °С з наступним охолодженням до Т=1150 °С дозволяє 5 92817 збільшити швидкість дифузії і тим самим збільшити швидкість синтезу і уникнути дисоціації сполуки Sr2FeMoO6-δ за рахунок того, що у камері встановлюється рівновага газова між поглинанням і виділенням кисню в системі фаза-гетер (FeFeO1+) і тим самим забезпечується досить низький парціальний тиск кисню: 10-15 атмосфери при Т=1000 °С і біля 10-10 атмосфери при Т=1240 °С. Після такої стрибкоподібної зміни температури за нашими даними рентгенівського структурного аналізу спостерігається структурне впорядкування катіонів Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 Fe3+ і Мо5+, яке підвищує магнітні характеристики отриманої сполуки Sr2FeMoO6-δ (підвищення провідності і температури Кюрі вище Т=420 К, а також звуження лінії феромагнітного резонансу). Нами було проведена експериментальна перевірка описаного способу, яка показала його хорошу працездатність. На Фіг. представлена температурна залежність намагніченості отриманої сполуки Sr2FeMoO6-δ. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601