ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2019, № 5 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Строение, диэлектрические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе опаловых матриц, фосфатов и ванадатов металлов

А.Ф. Белянин1,2, А.С. Багдасарян3,4,5, Ю.В. Гуляев5, А.И. Юрин6,7, Е.Р. Павлюкова5

1 Центральный научно-исследовательский технологический институт “Техномаш”, Россия
2 Central Research Technological Institute “Technomash, Россия
3 Научно-производственное предприятие “Технологии радиочастотной идентификации связи”, Москва, Россия
4 Scientific engineering center “Technological developments of telecommunication and radio frequency identification”, JSC, Россия
5 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
6 Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, Москва, Россия
7 National Research University Higher School of Economics, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.5.4 EDN OOUIEQ

Аннотация

Опаловые матрицы представляют собой правильную 3 D -упаковку шаровых частиц из аморфного SiO2, образующих упорядоченную систему пустот. Были синтезированы опаловые матрицы с диаметром шаровых частиц d ≈ 260 нм (Δ d ≈ 2%). Нанокомпозиты формировали заполнением пустот (занимающих ~26% объема) опаловых матриц растворами солей, низкотемпературной термообработкой при 625-825 К и отжигом при 975-1475 К. Установлено формирование в пустотах опаловых матриц в зависимости от условий синтеза, кристаллических фаз синтезируемых веществ, SiO2 и продуктов взаимодействия синтезируемых веществ с SiO2. Измерены частотные зависимости проводимости, действительной и мнимой компонент диэлектрической и магнитной проницаемости нанокомпозитов, содержащих в пустотах кристаллиты размером 16-65 нм магнитных материалов - двойных фосфатов (LiNiPO4, LiCoPO4) и ванадатов (GdVO4 и DyVO4). Диэлектрические потери нанокомпозитов остаются низкими (на уровне ~0,06) в диапазоне частот 107-1010 Гц для нанокомпозитов с DyVO4 и LiCoPO4. Диэлектрические потери возрастают как в сторону низких частот (< 106 Гц), так и в сторону TГц частот. Исследования показали, что на измеряемые параметры влияет фазовый состав, а также структурное и магнитное состояние синтезируемых веществ.

  • опаловые матрицы
  • нанокомпозиты
  • двойные фосфаты Li-Ni(Со)
  • ванадаты Gd и Dy
  • диэлектрические и магнитные характеристики
Abstract (in English)

Structure, dielectric and magnetic properties of nanocomposites based on opal matrixes, phosphates and vanadates of metals

Opal matrixes represent the regular 3D-pack of spherical particles of amorphous SiO2, forming an ordered system of voids. Opal matrixes with spherical particles of SiO2 diameter d ≈ 260 nm (Δd ≈ 2%) were synthesized. Nanocomposites were formed by filling voids (occupying ~26% of the volume) of opal matrixes by salt solutions, low-temperature heat treatment at 625-825 K and annealing at 975-1475 K. The formation in the voids of opal matrixes, depending on synthesis conditions, of the synthesized substances, SiO2 and products of interaction synthesized substances with SiO2 are submitted. The frequency dependences of the conductivity, real and imaginary components of the dielectric and magnetic permeability of nanocomposites containing crystallites 16-65 nm in size of magnetic materials - double phosphates (LiNiPO4, LiCoPO4) and vanadates (GdVO4 and DyVO4) were measured. The dielectric losses of nanocomposites remain low (at a level of ~0.06) in the frequency range 107-1010 Hz for nanocomposites with DyVO4 and LiCoPO4. The dielectric loss increases both in the direction of low frequencies (<106 Hz) and in the direction of THz frequencies. Investigations have demonstrated that the measured parameters are influenced by the phase composition, as well as the structural and magnetic state of the synthesized substances.

Для цитирования

Белянин А.Ф., Багдасарян А.С., Гуляев Ю.В., Юрин А.И., Павлюкова Е.Р. Строение, диэлектрические и магнитные свойства нанокомпозитов на основе опаловых матриц, фосфатов и ванадатов металлов // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.5.4

Литература

  1. Armstronga E., O'Dwyer C. Artificial opal photonic crystals and inverse opal structures - fundamentals and applications from optics to energy storage. Journal of materials chemistry C. 2015. Vol. 3. No. 24. P. 6109-6143.
  2. Rinkevich A.B., Burkhanov A.M., Samoilovich M.I., Belyanin A.F., Kleshcheva S.M., Kuznetsov E.A. Three-dimensional nanocomposite metal dielectric materials on the basis of opal matrices. Russian journal of general chemistry. 2013. Vol. 83. No. 11. P. 2148-2158.
  3. Tuyen L.D., Wu C.Y., Anh T.K., Minh L.Q.Kan H-C., Hsu C.C. Fabrication and optical characterization of SiO2 opal and SU-8 inverse opal photonic crystals. Journal of experimental nanoscience. 2012. Vol. 7. No. 2. P. 198-204.
  4. Mıguez H., Blanco A., Lopez C., Meseguer F., Yates H.M., Pemble M.E., Lopez-Tejeira F., Garcıa-Vidal F.J., Sanchez-Dehesa J. Face centered cubic photonic bandgap materials based on opal-semiconductor composite. Journal of lightwave technology. 1999. Vol. 17. No. 11. P. 1975-1981.
  5. Nishijima Y., Ueno K., Juodkazis S., Mizeikis V., Misawa H., Tanimura T., Maeda K. Inverse silica opal photonic crystals for optical sensing applications. Optics express. 2007. Vol. 15. No. 20. P. 12979-12988.
  6. Sarychev A.K., Shalaev V.M. Electrodynamics of metamaterials. World scientific and Imperial college press. 2007. 200 p.
  7. Belyanin А., Bagdasarian A., Bagdasarian S., Luchnikov P., Katakhova N. Magnetic nanocomposites based on opal matrices. Key engineering materials. 2018. Vol. 781. Р. 149-154.
  8. Samoilovich M.I., Rinkevich A.B., Belyanin A.F. Absorption of electromagnetic waves of millimeter waveband in metamaterials based on opal matreices. The experience of designing and application of CAD systems in microelectronics. Proceedings (IEEE) of the 10th International Conference CADSM 2009. Lviv-Polyana. Ukraine. 2009. P. 48-50.
  9. Urusov V.S., Samoilovich M.I., Sergeeva N.S., Belyanin A.F., Shvanskaya L.V., Sviridova I.K., Kirsanova V.A., Bychkov A.Yu., Achmedova S.A., Klescheva S.M. Formation of biocomposites based on natural geyserites and synthetic opals academician. Doklady byological sciences. 2008. Vol. 423. No. 1. P. 473-477.
  10. Самойлович М.И., Белянин А.Ф., Ринкевич А.Б., Бовтун В., Кемпа М., Нужный Д., Савинов М. Строение, магнитные и диэлектрические свойства нанокомпозитов: опаловые матрицы - ванадаты редкоземельных элементов // Нано- и микросистемная техника. 2016. № 2. С. 78-90.
  11. Samoilovich M.I., Rinkevich A.B., Bovtun V., Belyanin A.F., Kempa M., Nuzhnyy D., Tsvetkov M.Yu., Kleshcheva S.M. Optical, magnetic, and dielectric properties of opal matrices with intersphere nanocavities filled with crystalline multiferroic, piezoelectric, and segnetoelectric materials. Russian journal of general chemistry. 2013. Vol. 83. No. 11. P. 2132-2147.