Scienziati dell'Università Federale Siberiana (SFU) e dell'Accademia Russa delle Scienze hanno utilizzato un nuovo metodo per sintetizzare il granato ferro-disprosio. I materiali magnetici di questa classe sono utilizzati nelle apparecchiature a microonde e fotoni magnetici. Il granato ferro-disprosio è poco studiato e potrebbe avere proprietà precedentemente sconosciute. L'articolo è stato pubblicato su Scienze dei materiali e Ingegneria .

Sebbene il metodo della precipitazione dello scambio di resina anionica sia noto fin dagli anni '60, è stato utilizzato solo per sintetizzare gli idrossidi di alluminio, cromo (III), ferro (III), indio (III), e molti altri composti. Negli ultimi 40 anni non sono state fatte scoperte di valore in questo settore, e non ci sono quasi pubblicazioni moderne su di esso. Un team di scienziati siberiani è stato il primo a utilizzare la resina a scambio anionico per ottenere complessi sistemi di ossido. Questo lavoro fa parte di una serie di pubblicazioni preparate dagli scienziati della SFU e dell'Accademia delle scienze russa.

"Il nostro laboratorio sta lavorando da due decenni al metodo della precipitazione a scambio di resina anionica applicabile a diversi sistemi, e usandolo abbiamo ottenuto materiali con proprietà magnetiche, " disse Svetlana Saikova, professore del dipartimento di chimica inorganica della SFU, e dottore in chimica.

La precipitazione dello scambio di resina anionica è un metodo della cosiddetta chimica "umida". Il processo avviene a temperatura ambiente e sotto pressione atmosferica. Il prodotto è sintetizzato da una miscela di soluzioni acquose di sali, ma al posto dei tradizionali agenti precipitanti (alcali o ammoniacali) viene utilizzata una resina a scambio anionico. È un polimero, una matrice insolubile sotto forma di piccole microsfere (0,25-0,5 mm di raggio) che intrappolano gli anioni dai sali iniziali.

La precipitazione tradizionale dei metalli spesso porta alla formazione di depositi sciolti non cristallini (cioè particelle finemente disperse senza alcuna struttura) che sono difficili da separare dall'elettrolita placato. L'utilizzo di resine a scambio anionico previene l'inquinamento del prodotto con cationi. Inoltre, a causa del fatto che gli anioni del sale iniziale sono intrappolati da perline polimeriche, gli scienziati potrebbero ottenere idrossidi metallici puri. Inoltre, la precipitazione dello scambio di resina anionica ha buoni risultati, poiché gli ioni della soluzione formano composti insolubili o si trasferiscono alla fase assorbente.

Un altro vantaggio di questo metodo è che produce il prodotto in condizioni controllate senza alte temperature o sostanze aggressive. Tutti i prodotti di reazione vengono generati contemporaneamente, il che rende più facile la loro ulteriore interazione.

Grazie alla capacità di ottimizzare la correlazione tra le sostanze reagenti, per scegliere la resina a scambio ionico, e, se richiesto, per aggiungere sostanze che regolano la velocità di precipitazione al sistema gli scienziati possono effettuare la sintesi con valori di pH fissi. È importante, se il prodotto finale dovesse avere determinate proprietà, come fasi metastabili o attive che è impossibile durante la regolare subsidenza degli alcali a causa dell'effetto di sovrasaturazione locale.

Questo metodo è molto più conveniente, più economico, e meglio controllato che il metodo di sintesi del granato in fase solida utilizzato oggi per ottenere la maggior parte dei composti a struttura granata. In questo metodo, impasti finemente macinati e di particolare composizione vengono cotti all'aria o sottovuoto a diverse temperature. Tenendo conto delle proprietà richieste del prodotto finale, viene selezionata la temperatura nell'intervallo 1300-1350°. Inoltre, affinché la composizione sia omogenea, la macinazione e la cottura vengono eseguite più volte.

Anche il deposito ottenuto nel corso della subsidenza per scambio anionico viene elaborato con il calore. Però, richiede 700-900° e tempi di cottura inferiori. Tutti i prodotti vengono abbassati allo stesso tempo, i componenti iniziano ad interagire sullo stadio di reazione, e l'ulteriore elaborazione termica aumenta solo la velocità di interazione. A causa dell'elevata attività dei precursori di dimensioni nanometriche (sostanze che partecipano alla reazione), i materiali ottenuti con questo metodo possono avere proprietà insolite.

In particolare, questo metodo ha permesso agli scienziati di sintetizzare una sostanza con la formula Dy3Fe5O12:granato ferro-disprosio. I metodi fisici hanno mostrato che i depositi erano costituiti da nanoparticelle di 2-30 nm con struttura cristallina. Le proprietà magnetiche del granato sono state studiate utilizzando il dicroismo circolare magnetico.

L'interesse per queste sostanze è determinato dall'ampia gamma di proprietà fisiche del granato. Per esempio, almandino, ferro naturale e granato di alluminio (Fe ₃ Al ₂ si ₃ oh ₁₂ ) è spesso usato in gioielleria per il suo colore cremisi brillante e la sua durezza. Molti granati hanno proprietà magnetiche, anche. In particolare, alluminio-ittrio (Y ₃ Al ₅ oh ₁₂ ) e i granati ferro-ittrio (Y3Fe5O12) sono ampiamente diffusi e abbastanza ben studiati. Sono ampiamente utilizzati come componenti di dispositivi a microonde, circolatori, commutatori di fase, dispositivi e isolanti a fotoni magnetici. I nanocristalli di questi materiali svolgono un ruolo enorme nella produzione di materiali magnetici. Gli autori hanno studiato le proprietà magnetiche del granato ferro-disprosio e hanno scoperto che cambiavano se l'ittrio veniva sostituito con disprosio. Il gruppo prevede un ampio studio sui granati con ittrio sostituito con altri elementi di terre rare.