[論文レビュー] Structural and magnetic properties of lightly doped M-type hexaferrites

Sami H. Mahmood, Ahmad Awadallah+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2017

Magnetic Properties and Synthesis of Ferrites参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、高エネルギーボールミリングと1200 °Cでの焼結により合成された、軽度ドープM型ヘキサフェライト、具体的にはバナジウム置換型SrFe12-xVxO19 (x = 0.2, 0.4) およびイットリア系置換型Ba0.8Eu0.2Fe12O19の構造的および磁気的特性を調査した。XRD分析により、Vドープ試料ではSrM、Sr3(VO4)2、およびα-Fe2O3への相分離が確認され、Euドープ試料ではBaM、α-Fe2O3、およびイットリアガーネット相が観察された。磁気的特性は劣化したが、実用的応用に向けた可能性を有しており、高品質なヘキサフェライトおよびヘキサフェライト/ガーネット複合材料の合成ルートが有効であると示唆された。

ABSTRACT

Vanadium substituted SrM hexaferrites (SrFe12-xVxO19 with x = 0.2, 0.4) and Eu-substituted BaM hexaferrite (Ba0.8Eu0.2Fe12O19) were prepared by high energy ball milling and sintering at 1200° C. X-ray diffraction measurements revealed that the V-substituted SrM samples exhibited phase separation resulting in the coexistence of the pure SrM magnetic phase with nonmagnetic Sr3(VO4)2 vanadate and α-Fe2O3 iron oxide phase. Also, the Eu-substituted BaM hexaferrite revealed the formation of the pure BaM phase coexisting with α-Fe2O3 secondary phase, and Eu-garnet minor phase. Although the magnetic properties of the samples deteriorated with respect to pure hexaferrite properties, the magnetic parameters of the substituted samples were found to be of potential importance for practical applications. Further, the results of the study suggest methods for the preparation of high quality SrM hexaferrites, and hexaferrite/garnet composites.

研究の動機と目的

• 固体状態法を用いて合成された軽度ドープM型ヘキサフェライトの構造的および磁気的挙動を調査すること。
• バナジウムおよびイットリアドープがSrMおよびBaMヘキサフェライトにおける相形成および磁気的特性に与える影響を評価すること。
• 高温焼結過程における相安定性および二次相の生成を同定すること。
• ドープヘキサフェライトおよびヘキサフェライト/ガーネット複合材料の実用的磁気的応用への可能性を評価すること。
• 高品質なヘキサフェライト材料を合成するための最適化プロトコルを確立すること。

提案手法

• 高エネルギーボールミリングを用いて、SrFe12-xVxO19 (x = 0.2, 0.4) および Ba0.8Eu0.2Fe12O19 の前駆体粉末を調製した。
• 最終相形成を達成するために、1200 °Cで焼結を行った。
• X線回折（XRD）を用いて結晶構造および相組成を分析した。
• 磁気的特性は、磁化の飽和磁化およびコercivityの測定により評価した。
• 二次相の同定には、Sr3(VO4)2、α-Fe2O3、およびイットリアガーネットの検出を含めた。
• ドープ、相分離、磁気的性能の相関関係を理解することに焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1200 °Cで焼結したVドープSrMヘキサフェライトでは、どのような構造的相が形成されるか？
• RQ2 イットリアドープはBaMヘキサフェライトの相組成にどのように影響するか？
• RQ3 ドープヘキサフェライトでは、純粋なM型ヘキサフェライトと比較して、磁気的特性がどの程度劣化するか？
• RQ4 ドープ試料に存在する二次相は何か、それらは磁気的挙動にどのように影響するか？
• RQ5 合成ルートによって、実用応用に適した高品質なヘキサフェライトまたはヘキサフェライト/ガーネット複合材料が得られるか？

主な発見

• V置換型SrFe12-xVxO19試料では、相分離が認められ、純粋なSrM、非磁性のSr3(VO4)2、およびα-Fe2O3相が共存していた。
• Eu置換型Ba0.8Eu0.2Fe12O19では、純粋なBaM相に加え、α-Fe2O3および微量のイットリアガーネット相が形成された。
• 両ドープ系において、純粋なヘキサフェライトと比較して磁気的特性が劣化したが、依然として実用的応用に適した範囲に留まっていた。
• XRD分析により、Sr3(VO4)2およびイットリアガーネットなどの二次相の存在が確認された。
• 本研究では、制御されたドーピングおよび焼結によって、相アセンブリを調整可能なヘキサフェライト/ガーネット複合材料を合成可能であることを示した。
• 結果から、高品質なSrMヘキサフェライトおよびヘキサフェライト/ガーネット複合材料を合成するための最適化された合成プロトコルが示唆された。