kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2024-21-3-210-223kaz29-1383Research ArticleФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТОВ ФЕРРОМАГНЕТИК-ДИАМАГНЕТИК, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МОДИФИЦИРОВАННОГО ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯSTUDY OF THE STRUCTURAL AND ELECTROMAGNETIC CHARACTERISTICS OF FERROMAGNETIC-DIAMAGNETIC COMPOSITES OBTAINED BY THE METHOD OF MODIFIED CHEMICAL CO PRECIPITATIONhttps://orcid.org/0000-0001-9908-3034ШакирзяновР. И.ShakirzyanovR. I.

к.ф.-м.н., PhD 

010000, г. Астана

Candidate of Phys.-Math.Sc., PhD 

010000, Astana

shakirzyanov_ri@enu.kzhttps://orcid.org/0000-0003-3430-9578ТрухановА. В.TrukhanovA. V.

д.ф.-м.н., доцент 

220004, г. Минск

Dr.Phys.-Math.Sc., Associate Professor 

220004, Minsk

truhanov86@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2454-7177ШлимасД. И.ShlimasD. I.

PhD 

010000, г. Астана;050032, г. Алматы

PhD

010000, Astana;050032, Almaty

shlimas@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2225-9641ЗубарьТ. И.ZubarT. I.

к.т.н., старший научный сотрудник 

220004, г. Минск

Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher 

220004, Minsk

fix.tatyana@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-5462-0630КадыржановК. К.KadyrzhanovK. K.

д.ф.-м.н., профессор 

010000, г. Астана;050032, г. Алматы

Dr.Phys.-Math.Sc., Professor 

010000, Astana;050032, Almaty

kayrat.kadyrzhanov@mail.ruЕвразийский национальный университет им. Л.Н. ГумилеваКазахстанL.N. Gumilev Eurasian National UniversityKazakhstanНаучно-производственный центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюБеларусьSSPA “Scientific and Practical Materials Research Centre of NAS of Belarus”BelarusЕвразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева; Институт ядерной физики Министерства энергетики Республики КазахстанКазахстанL.N. Gumilev Eurasian National University; Institute of Nuclear Physics, Ministry of Energy of the Republic of KazakhstanKazakhstan202402102024213210223Copyright © Шакирзянов Р.И., Труханов А.В., Шлимас Д.И., Зубарь Т.И., Кадыржанов К.К., 20242024Шакирзянов Р.И., Труханов А.В., Шлимас Д.И., Зубарь Т.И., Кадыржанов К.К.Shakirzyanov R.I., Trukhanov A.V., Shlimas D.I., Zubar T.I., Kadyrzhanov K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/1383

СВЧ электромагнитные характеристики композитов типа ферромагнетик-парамагнетик, ферромагнетик-диамагнетик могут быть изменены путем варьирования концентрации диамагнитных (парамагнитных) и ферромагнитных составляющих. Для реализации задачи по внедрению в производство таких композитов требуется проведение исследований по поиску эффективных и простых технологий синтеза, позволяющих варьировать содержание компонентов с различными магнитными характеристиками. В данной работе продемонстрирован простой метод получения композитов ферромагнетик ((NiZn)Fe2 O4 )-диамагнетик (ZnO) методом модифицированного химического осаждения с последующим отжигом. Также проведено комплексное исследование структурных и электромагнитных характеристик экспериментальных образцов. Методом рентгеновской дифракции было выявлено, что фазовый состав финальных образцов представлен исключительно диамагнитной и ферромагнитными фазами. Методом сканирующей электронной микроскопии было установлено, что после термического отжига порошки имеют субмикронные размеры со средним размером 100–137 нм. Методом вибрационной магнитометрии были измерены петли магнитного гистерезиса, анализ которых показал, что увеличение концентрации диамагнитной фазы приводит к росту значения коэрцитивной силы композитов. Измеренные микроволновые спектры комплексной магнитной проницаемости показывают, что путем изменения соотношения между ферромагнитной и парамагнитной фазами возможна реализация сдвига частоты естественного ферромагнитного резонанса. Также через расчет коэффициента отражения на металлической пластине показано, что полученные композиты могут быть использованы как основа для новых радиопоглощающих материалов. Помимо этого, синтезированные порошки могут быть также применены для создания СВЧ-приборов, СВЧ-антенн.

The microwave electromagnetic properties of ferromagnetic-paramagnetic and ferromagnetic-diamagnetic composites can be changed by varying the concentration of diamagnetic (paramagnetic) and ferromagnetic components. To implement the task of introducing such composites into production, research is required to find effective and simple synthesis technologies that make it possible to vary the content of components with different magnetic characteristics. This work demonstrates a simple method for the synthesis of ferromagnetic ((NiZn)Fe2 O4 )- diamagnetic (ZnO) composites by modified chemical deposition followed by annealing. Also, a comprehensive study of the structural and electromagnetic characteristics of experimental samples was carried out. Using the powder X-ray diffraction method, it was revealed that the phase composition of the final samples is represented exclusively by diamagnetic and ferromagnetic phases. Using scanning electron microscopy, it was found that after thermal annealing the powders have submicron sizes with an average size of 100–137 nm. Using vibration magnetometry, magnetic hysteresis loops were measured, the analysis of which showed that an increase in the concentration of the diamagnetic phase leads to an increase in the coercive force of the composites. The measured microwave spectra of complex magnetic permeability show that by changing the ratio between the ferromagnetic and paramagnetic phases, it is possible to realize a frequency shift of natural ferromagnetic resonance. Also, through the calculation of the reflection coefficient on a metal plate, it is shown that the resulting composites can be used as the basis for new radio-absorbing materials. In addition, the synthesized powders can also be used to create microwave devices and microwave antennas.

химическое осаждениеферромагнетикмагнитная проницаемостьдиэлектрическая проницаемостьсубмикронные порошкиcoprecipitationferromagneticspermeabilitydielectric constantsubmicron powdersДанное исследование финансировалось Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (No. AP19680155)ReferencesБондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Полимерные композиционные материалы (часть 1): Учебное пособие // Томск: Изд-во Томского политехнического университета. – 2013. – C. 118.Bondaletova L.I., Bondaletov V.G. (2013) Polymernie compositsionye materialy (chast’ 1), 118 p. [in Russian].Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. – 2009.Michailin Yu. A. Special’nye polymernie compositsionye materialy (2009).Lagarkov A.N., Rozanov K.N. High-frequency behavior of magnetic composites // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2009. – V. 321. – No. 14. – P. 2082–2092.Lagarkov A.N. and Rozanov K.N. (2009) Journal of Magnetism and Magnetic Materials, no. 321, pp. 2082–2092. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2008.08.099.Chairi M., El Bahaoui J., Hanafi I., Mata Cabrera F., Di Bella G. Composite Materials: A Review of Polymer and Metal Matrix Composites, Their Mechanical Characterization, and Mechanical Properties // Next Generation Fiber-Reinforced Composites-New Insights. – 2023.Chairi M., El Bahaoui J., Hanafi I., Mata Cabrera F. and Di Bella G. (2023) Composite Materials: A Review of Polymer and Metal Matrix Composites, Their Mechanical Characterization, and Mechanical Properties (Intechopen).Tang D.D., Lee Y.J. Magnetic memory: fundamentals and technology. – Cambridge University Press, 2010.Tang D.D. and Lee Y.J. (2010) Magnetic memory: fundamentals and technology (Cambridge University Press).Liang X., Matyushov A., Hayes P., Schell V., Dong C., Chen H., He Y., Will-Cole A., Quandt E., Martins P. et al. Roadmap on magnetoelectric materials and devices //IEEE Transactions on Magnetics. – 2021. – V. 57. – No. 8. – P. 1–57.Liang X., Matyushov A., Hayes P., Schell V., Dong C., Chen H., He Y., Will-Cole A., Quandt E., Martins P. et al. (2021) Roadmap on magnetoelectric materials and devices. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 57, pp. 1–57. https://doi.org/10.1109/TMAG.2021.3086635.Cohades A., Michaud V. Shape memory alloys in fibre-reinforced polymer composites // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. – 2018. – V. 1. – No. 1. – P. 66–81.Cohades A. and Michaud V. (2018) Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, no.1, pp. 66–81. https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.07.001.Ghidini M., Asti G., Pellicelli R., Pernechele C., Solzi M. Hard–soft composite magnets // Journal of magnetism and magnetic materials. – 2007. – V. 316. – No. 2. – P. 159–165.Ghidini M., Asti G., Pellicelli R., Pernechele C. and Solzi M. (2007) Hard–soft composite magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 316, pp. 159–165. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2007.02.040.Fang M., Volotinen T.T., Kulkarni S.K., Belova L., Rao K.V. Effect of embedding Fe3O4 nanoparticles in silica spheres on the optical transmission properties of three-dimensional magnetic photonic crystals // Journal of Applied Physics. – 2010. – V. 108. – No. 10. – P. 103501.Fang M., Volotinen T.T., Kulkarni S.K., Belova L. and Rao K.V. (2010) Effect of embedding Fe3O4 nanoparticles in silica spheres on the optical transmission properties of three-dimensional magnetic photonic crystals. Journal of Applied Physics, vol. 108, p. 103501.Ávila-Crisóstomo C.E., Sánchez-Mora E., Garcia-Vazquez V., Pérez-Rodríguez F. Magnetic response of Fe nanoparticles embedded in artificial SiO2 opals // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2018. – V. 465. – P. 252–259.Ávila-Crisóstomo C.E., Sánchez-Mora E., Garcia-Vazquez V., Pérez-Rodríguez F. (2018) Magnetic response of Fe nanoparticles embedded in artificial SiO2 opals. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 465, pp. 252–259. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.05.087Ávila-Crisóstomo C.E., Pal U., Pérez-Rodríguez F., Shelyapina M.G., Shmyreva A.A. Local-field effect on the hybrid ferromagnetic-diamagnetic response of opals with Ni nanoparticles // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2020. – V. 514. – P. 167102.Ávila-Crisóstomo C.E., Pal U., Pérez-Rodríguez F., Shelyapina M.G., Shmyreva A.A. (2020) Localfield effect on the hybrid ferromagnetic-diamagnetic response of opals with Ni nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 514, p.167102. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167102Gray M.T., Emori S., Gray B.A., Jeon H., van ’t Erve O.M.J., Jonker B.T., Kim S., Suzuki M., Ono T., Howe B.M. et al. Spin-current generation in low-damping Ni0.65Zn0.35Al 0.8Fe1.2O4 spinel ferrite // Physical Review Applied. – 2018. – V. 9. – No. 6. – P. 064039.Gray M.T., Emori S., Gray B.A., Jeon H., van ’t Erve O.M.J., Jonker B.T., Kim S., Suzuki M., Ono T., Howe B.M. et al. (2018) Spin-current generation in low-damping Ni0.65Zn0.35Al 0.8Fe1.2O4 spinel ferrite. Physical Review Applied, vol. 9, p. 064039. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.9.064039.Thakur P., Chahar D., Taneja S., Bhalla N. A review on MnZn ferrites: Synthesis, characterization and applications // Ceramics international. – 2020. – V. 46. – No. 10. – P. 15740–15763.Thakur P., Chahar D., Taneja S., Bhalla N. (2020) A review on MnZn ferrites: Synthesis, characterization and applications. Ceramics international, vol. 46, pp. 15740–15763. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.287.Narang S.B., Pubby K. Nickel spinel ferrites: a review //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2021. – V. 519. – P. 167163.Narang S.B., Pubby K. (2021) Nickel spinel ferrites: a review. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 519, p. 167163. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167163.Chakradhary V.K., Akhtar M.J. Highly coercive strontium hexaferrite nanodisks for microwave absorption and other industrial applications // Composites Part B: Engineering. – 2020. – V. 183. – P. 107667.Chakradhary V.K., Akhtar M.J. (2020) Highly coercive strontium hexaferrite nanodisks for microwave absorption and other industrial applications. Composites Part B: Engineering, vol. 183, p. 107667. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107667.Смит Я., Вейн Х. Физические свойства и практические применения. – М.: Издательство иностранной литературы. – 1962. – C. 504.Smit J. and Wijn H.P.J. Ferrites. Physical properties of ferrimagnetic oxides in relation to their technical applications (Philips’ Technical Library, Eindhoven, 1959).Doebelin N., Kleeberg R. Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN // Journal of applied crystallography. – 2015. – V. 48. – No. 5. – P. 1573–1580.Doebelin N., Kleeberg R. (2015) Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN. Journal of applied crystallography, vol. 48, pp. 1573–1580. https://doi.org/10.1107/S1600576715014685.Hargreaves J.S.J. Some considerations related to the use of the Scherrer equation in powder X-ray diffraction as applied to heterogeneous catalysts // Catalysis, Structure & Reactivity. – 2016. – V. 2. – No. 1–4. – P. 33–37.Hargreaves J. S. J. (2016) Some considerations related to the use of the Scherrer equation in powder X-ray diffraction as applied to heterogeneous catalysts. Catalysis, Structure & Reactivity, vol. 2, pp. 33–37. https://doi.org/10.1080/2055074X.2016.1252548.Rueden C.T., Schindelin J., Hiner M.C., DeZonia B.E., Walter A.E., Arena E.T., Eliceiri K.W. ImageJ2: ImageJ for the next generation of scientific image data //BMC bioinformatics. – 2017. – V. 18. – P. 1–26.Rueden C.T., Schindelin J., Hiner M.C., DeZonia B.E., Walter A.E., Arena E.T. Eliceiri K.W. (2017) ImageJ2: ImageJ for the next generation of scientific image data. Eliceiri. BMC bioinformatics, vol.18, pp.1–26. https://doi.org/10.1186/s12859-017-1934-z.Tsutaoka T., Kasagi T., Nakamura T., Hatakeyama K. High frequency permeability of Mn-Zn ferrite and its composite materials // Le Journal de Physique IV. – 1997. – V. 7. – No. 1. – P. 557–558.Tsutaoka T., Kasagi T., Nakamura T., Hatakeyama K. (1997) High frequency permeability of Mn-Zn ferrite and its composite materials. Le Journal de Physique IV, vol. 7, pp. 557–558. https://doi.org/10.1051/jp4:19971230.Lopatin A.V., Kazantseva N.E., Kazantsev Y.N. et al. The efficiency of application of magnetic polymer composites as radio-absorbing materials // Journal of Communications Technology and Electronics. – 2008. – V. 53. – P. 487–496.Lopatin A.V., Kazantseva N.E., Kazantsev Y.N. et al. (2008) The efficiency of application of magnetic polymer composites as radio-absorbing materials. Journal of Communications Technology and Electronics, vol. 53, pp. 487–496. https://doi.org/10.1134/S106422690805001X.Wang B., Wei J., Qiao L., Wang T., Li F. Influence of the interface reflections on the microwave reflection loss for carbonyl iron/paraffin composite backed by a perfect conduction plate // Journal of magnetism and magnetic materials. – 2012. – V. 324. – No. 5. – P. 761–765.Wang B., Wei J., Qiao L., Wang T., Li F. (2012) Influence of the interface reflections on the microwave reflection loss for carbonyl iron/paraffin composite backed by a perfect conduction plate. Journal of magnetism and magnetic materials, vol. 324, pp. 761–765.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.