[논문 리뷰] Structural and magnetic properties of lightly doped M-type hexaferrites

Sami H. Mahmood, Ahmad Awadallah외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 15.

Magnetic Properties and Synthesis of Ferrites참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 고에너지 볼 밀링 및 1200 °C에서 소성한 방식으로 합성된 경량 도핑된 M형 헥사페라이트, 특히 V로 도핑된 SrFe12-xVxO19 (x = 0.2, 0.4)과 Eu로 도핑된 Ba0.8Eu0.2Fe12O19의 구조적 및 자성 특성을 조사한다. XRD 분석 결과, V 도핑된 샘플에서는 SrM, Sr3(VO4)2, α-Fe2O3로의 상 분리가 관찰되었고, Eu 도핑된 샘플에서는 BaM, α-Fe2O3 및 유레아-게르니에트 상이 나타났다. 자성 특성은 떨어졌지만 실용적 응용에 유망한 수준을 유지하였으며, 고품질의 헥사페라이트 및 헥사페라이트/게르니에트 복합재료를 제조할 수 있는 유망한 길을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 고체상 방법을 통해 합성된 경량 도핑된 M형 헥사페라이트의 구조적 및 자성 거동을 조사하기 위해.
• 바나듐 및 유레아-도핑이 SrM 및 BaM 헥사페라이트에서 상 형성과 자성 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 고온에서 소성 중 상 안정성과 부가 상 형성 여부를 규명하기 위해.
• 도핑된 헥사페라이트 및 헥사페라이트/게르니에트 복합재료의 실용적 자성 응용 잠재력을 평가하기 위해.
• 고품질의 헥사페라이트 재료를 제조하기 위한 최적의 합성 프로토콜을 개발하기 위해.

제안 방법

• 고에너지 볼 밀링을 이용해 SrFe12-xVxO19 (x = 0.2, 0.4) 및 Ba0.8Eu0.2Fe12O19의 원료 분말을 제조하였다.
• 최종 상 형성을 위해 샘플을 1200 °C에서 소성하였다.
• X선 회절(XRD)을 활용해 결정 구조 및 상 조성을 분석하였다.
• 포화 자화 및 난이도 측정을 통해 자성 특성을 평가하였다.
• Sr3(VO4)2, α-Fe2O3 및 유레아-게르니에트와 같은 부가 상의 탐지가 포함된 상 식별이 수행되었다.
• 도핑, 상 분리 및 자성 성능 간의 상호작용을 이해하는 데 초점을 두었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1200 °C에서 소성한 후 V 도핑된 SrM 헥사페라이트에서 어떤 구조적 상이 형성되는가?
• RQ2 Eu 도핑은 BaM 헥사페라이트의 상 조성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 도핑된 헥사페라이트에서 순수한 M형 헥사페라이트에 비해 자성 특성이 얼마나 떨어지는가?
• RQ4 도핑된 샘플에 존재하는 부가 상은 무엇이며, 자성 거동에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 합성 경로를 통해 실용적 응용에 적합한 고품질의 헥사페라이트 또는 헥사페라이트/게르니에트 복합재료를 제조할 수 있는가?

주요 결과

• V로 도핑된 SrFe12-xVxO19 샘플은 상 분리를 보였으며, 순수한 SrM, 비자성인 Sr3(VO4)2 및 α-Fe2O3 상이 공존하였다.
• Eu로 도핑된 Ba0.8Eu0.2Fe12O19는 순수한 BaM 상과 함께 α-Fe2O3 및 소량의 유레아-게르니에트 상이 형성되었다.
• 두 도핑된 시스템 모두 순수한 헥사페라이트에 비해 자성 특성이 떨어졌지만, 실용적 활용 가능성을 고려할 만한 수준을 유지하였다.
• XRD 분석을 통해 Sr3(VO4)2 및 유레아-게르니에트와 같은 부가 상 존재가 확인되었다.
• 연구는 제어된 도핑과 소성을 통해 맞춤형 상 조성을 가진 헥사페라이트/게르니에트 복합재료를 제조할 수 있음을 보여주었다.
• 결과적으로 최적의 합성 프로토콜을 통해 고품질의 SrM 헥사페라이트 및 헥사페라이트/게르니에트 복합재료를 제조할 수 있음을 시사한다.