МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОКСИДНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК H01F1/00 H01F1/08 

Изобретение относится к приготовлению материалов, обладающих магнитодиэлектрическим эффектом, которые могут быть полезны для химической промышленности, материаловедения, спинтроники как новые материалы, допускающие возможность управления величиной диэлектрической проницаемости с помощью внешнего магнитного поля.

Известен материал - композиционный магнитный эластомер, состоящий из матрицы высокоэластичного полимера и наполнителя из магнитных частиц, в котором наблюдается изменение диэлектрической постоянной под действием магнитного поля (магнитодиэлектрический эффект) [RU 2522546, МПК H01F 1/00, опубл. 10.02.2014].

Недостатки этого материала заключаются в том, что он характеризуется свойствами, определяемыми полимерной матрицей с низкой температурой плавления, и получен трудоемким процессом изготовления.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является четырехкомпонентное оксидное соединение - монокристалл HoAl₃(ВО₃)₄ [A.L. Freydman, A.D. Balaev, A.A. Dubrovskiy, Е.V. Eremin, V.L. Temerov, I.A. Gudim. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 115, 174103 (2014), прототип], характеризующийся изменением диэлектрической постоянной под действием магнитного поля и содержащий гольмий, алюминий, бор и кислород.

Недостатки прототипа заключаются в сложности получения монокристаллического соединения и наличии анизотропности магнитодиэлектрического эффекта.

Техническим результатом изобретения является получение нового поликристаллического материала с магнитодиэлектрическим эффектом, обладающего возможностью управления величиной диэлектрической проницаемости с помощью внешнего магнитного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитодиэлектрический оксидный керамический материал LiCuFe₂(VO₄)₃ получен твердофазным синтезом из исходных компонентов Li₂CO₃, Fe₂O₃, V₂O₅ и CuO, при следующем соотношении, мас. %:

Li₂CO₃ - 14,93;

Fe₂O₃ - 32,26;

V₂O₅ - 36,74;

CuO - 16,07.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое изобретение отличается качественным и количественным составом. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

На фиг. представлена кривая зависимости диэлектрической проницаемости 8 заявляемого соединения от магнитного поля Н.

Изобретение осуществляется следующим образом. Способ получения материала, обладающего магнитодиэлектрическим эффектом и допускающего возможность управления величиной диэлектрической проницаемости с помощью внешнего магнитного поля, представляет собой твердофазный синтез. В качестве исходных компонентов используются окислы Li₂CO₃, Fe₂O₃, V₂O₅ и CuO при следующем соотношении мас. %: 14,93; 32,26; 36,74 и 16,07, соответственно.

Исходные компоненты, составляющие шихту, перед развеской высушиваются в течение 6 часов при температуре 105°C, смешиваются и перетираются вручную пестиком в ступке с добавлением этилового спирта. Шихта составляется с учетом фактического содержания основного вещества в материале. Из приготовленной шихты с помощью пресс-формы формуются таблетки под давлением около 10 кбар диаметром 10 мм и толщиной 1,5-2,0 мм. Таблетки помещаются в алундовый тигель и отжигаются в печи. Нагрев печи осуществляется со скоростью 150 град/час и регулируется программным регулятором. Точность измерения температуры в печи составляет 0,1°C. Перепад температур в рабочей области печи не превышает 5°C. Охлаждение печи происходит естественным путем. Отжиг проводится в два этапа (Таблица 1). После завершения первого отжига таблетки перетираются, полученный порошок формуется в таблетки и осуществляется второй отжиг.

Химический и фазовый состав синтезированных образцов контролировался методом рентгеноструктурного анализа. Порошковая рентгенограмма LiCuFe₂(VO₄)₃ отснята при комнатной температуре на дифрактометре D8 ADVANCE фирмы Bruker, используя линейный детектор VANTEC и Cu-Кα излучение. На рентгенограмме не обнаружено рефлексов, соответствующих фазам примесей. В таблице 2 показано содержание элементов в синтезированном поликристаллическом соединении. В таблице 3 приведены основные кристаллографические характеристики соединения LiCuFe₂(VO₄)₃ и параметры рентгеновского эксперимента.

На фиг. показана кривая зависимости диэлектрической проницаемости ε заявляемого соединения от магнитного поля Н. Из фиг. следует, что приложение магнитного поля приводит к увеличению диэлектрической проницаемости 8, то есть полученный материал LiCuFe₂(VO₄)₃ обладает магнитодиэлектрическим эффектом. Экспериментально показано, что связь между электрической и магнитной подсистемами в соединении LiCuFe₂(VO₄)₃ дает возможность изменять электрические свойства с помощью магнитного поля.

Полученный новый материал, отвечающий формуле LiCuFe₂(VO₄)₃, расширяет ряд материалов, допускающих возможность управления величиной диэлектрической проницаемости внешним магнитным полем.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к оксидному керамическому материалу с анизотропным магнитодиэлектрическим эффектом, т.е. к материалу, диэлектрической проницаемости которого может изменяться под действием внешнего магнитного поля. Магнитодиэлектрический оксидный керамический материал состава LiCuFe₂(VO₄)₃ получен твердофазным синтезом из исходных компонентов, при следующем соотношении, мас.%: Li₂CO₃ - 14,93; Fe₂O₃ - 32,26; V₂O₅ - 36,74; CuO - 16,07, при температурах 650°C, 680°C и нормальном давлении в течение 2 отжигов длительностью 24 часа. Повышение магнитодиэлектрического эффекта за счет улучшения и стабильности кристаллографических характеристик предложенного материала является техническим результатом изобретения. 1 ил., 3 табл.

Магнитодиэлектрический оксидный керамический материал LiCuFe₂(VO₄)₃, полученный твердофазным синтезом из исходных компонентов, при следующем соотношении, мас.%:
Li₂CO₃ 14,93 Fe₂O₃ 32,26 V₂O₅ 36,74 CuO 16,07