Организация магнитотвердых наночастиц гексаферрита в коллоидных растворах и на границах раздела фаз тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.21, кандидат наук Елисеев Артем Анатольевич

• Елисеев Артем Анатольевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Елисеев Артем Анатольевич

2. Обзор литературы

2.1. Высококоэрцитивные материалы и методы получения

2.1.1. Система NdFeB

2.1.2. Наночастицы металлов

2.1.3. Частицы Fe-Pt

2.1.4. Частицы 8-Fe2Oз

2.1.5. Гексаферриты М-типа

2.2. Магнитные жидкости

2.2.1. Факторы стабильности

2.2.2. Феррожидкости на основе магнитотвердых частиц

2.2.3. Структура

2.2.4. Магнитооптический эффект

2.2.5. Методики формирования покрытий

2.3. Выводы из обзора литературы

3. Экспериментальная часть

3.1. Реактивы и материалы

3.2. Методики синтеза

3.2.1. Стеклокерамика

3.2.2. Коллоидный раствор

3.2.3. Покрытие SiO2

3.2.4. Замена растворителя

3.2.5. Формирование покрытий

3.3. Методы исследования

3.3.1. Рентгенофазовый анализ

3.3.2. Растровая электронная микроскопия

3.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия

3.3.4. Магнитные измерения в постоянных полях

3.3.5. Спектрофотометрия и магнитооптические измерения в постоянных полях

3.3.6. Динамическое светорассеяние

3.3.7. Магнитооптические измерения в переменных полях

3.3.8. Малоугловое рентгеновское рассеяние

4. Обсуждение результатов

4.1. Формирование магнитных наночастиц

4.1.1. Система 4 Na2O • 9 SrO • 5.5 Fe2O3 • 4.5 AI2O3 • 4 B2O3 (состав 1)

4.1.1. Система 4 Na2O • 9 SrO • 6 Fe2O3 • 8 B2O3 (состав 2)

4.1.2. Система 14 SrO • 6 Fe2O3 • 6 B2O3 (состав 3)

4.1.3. Система 25 SrO • 4 Fe2O3 • 2 СГ2О3 • 12 B2O3 (состав 4)

4.2. Разбавленный коллоидный раствор магнитных наночастиц

4.2.1. Характеризация разбавленного раствора

4.2.2. Стабильность коллоидного раствора

4.2.3. Покрытие SiO2

4.2.4. Малоугловое рентгеновское рассеяние

4.2.5. Магнитные свойства

4.2.6. Магнитооптический эффект

4.3. Концентрированная фаза феррожидкости

4.3.1. Причина формирования

4.3.2. Малоугловое рентгеновское рассеяние

4.3.3. Магнитные свойства

4.3.4. Доменная структура

4.4. Организация на разделах фаз и покрытия из наночастиц

4.4.1. Монослой на границе раздела фаз вода-гексан

4.4.2. Гексаферрит-ПАВ

4.4.3. Послойное осаждение

4.4.4. Высушивание концентрата

5. Заключение

6. Выводы

7. Список литературы

1. Введение

Актуальность создания коллоидных растворов магнитных наночастиц с требуемыми параметрами обусловлена высокой перспективностью применения подобных материалов в различных отраслях, как в промышленности (постоянные магниты, дефектоскопия, магнитооптика), так и в медицинских направлениях (диагностика заболеваний, магнитомеханическая терапия рака). Важной проблемой в этом направлении является определение динамики и особенностей организации магнитотвердых наночастиц в объеме раствора и на межфазных границах, так как эти факторы оказывают определяющее влияние на функциональные свойства таких растворов и получаемых из них материалов.

Магнитные жидкости к настоящему моменту успели привлечь значительный интерес научного сообщества и, кроме того, имеют ряд применений в различных областях: магнитные уплотнения и демпферы, магнитореологические жидкости, микрофлюидика и многочисленные варианты применений в медицине [1-5]. Традиционные магнитные жидкости представляют собой дисперсию суперпарамагнитных частиц с нулевой коэрцитивной силой в жидкости носителе. Поскольку магнитный момент частицы такого материала беспорядочно меняет направление под действием тепловых флуктуаций и не закреплен к какой-либо оси частицы, приложение магнитного поля к такой системе приводит к повороту вектора намагниченности частиц. Разворота непосредственно частиц в пространстве возможно добиться путем фиксации магнитного момента к некоторой кристаллографической оси частицы и возникновения в результате спонтанной намагниченности последней. Подобная фиксация (стабилизация) магнитного момента позволяет контролировать ориентацию частиц в пространстве, влияет на организацию последних, вызывает появление новых специфических свойств у таких систем и обеспечивает возможность применения магнитных жидкостей в ряде дополнительных областей: адаптивная оптика, преобразование энергии, вязкостные сенсоры на наноуровне и другие [6-11].

Фиксация магнитного момента к некоторой кристаллографической оси требует высоких значений магнитной анизотропии. Известным и простым подходом является использование анизотропии формы (нанонитей и наностержней) для достижения данного результата. Однако стабилизация магнитного момента относительно определенного направления коллоидной частицы приводит к возникновению сильного диполь-дипольного взаимодействия между частицами, даже в отсутствии магнитного поля, что ведет к значительному снижению стабильности дисперсной системы. Соответственно, требуется использование крайне сильных факторов стабилизации, например, электростатического

отталкивания. Последнее напрямую зависит от зарядов поверхностей взаимодействующих частиц, а значит и от площади данных поверхностей. В таком случае стабилизация пластинчатых частиц с магнитным моментом, направленным перпендикулярно плоскости, оказывается гораздо проще стабилизации стержневидных с магнитным моментом, направленным вдоль большой оси. Однако магнитный момент пластинки может быть стабилизирован только за счет высокой магнитокристаллической анизотропии материала. Подобными значениями анизотропии обладает крайне небольшое количество известных на данный момент материалов, включая КёБеБ, 8-Бе20з и некоторые ферриты. Причем пластинчатая форма наночастиц характерна только для последних, в частности для гексагональных ферритов М-типа.

На данный момент крайне малое количество работ приводят данные об удачном синтезе систем с магнитотвердыми коллоидными частицами, при этом, в большинстве случаев, форма коллоидных частиц оказывается не оптимальной. Данные исследований, посвященные феррожидкостям на основе магнитотвердых пластинчатых частиц, их свойствам и структуре практически отсутствуют. Недавно в нашей научной группе был успешно синтезирован коллоидный раствор, содержащий магнитотвердые частицы гексаферрита стронция и проведена его базовая характеризация. В связи с перспективностью данной тематики, в рамках ее развития, целью настоящей работы являлось определение динамических характеристик и особенностей организации магнитотвердых наночастиц гексаферрита в коллоидных растворах и на границе раздела фаз.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• Синтез монодоменных наночастиц гексаферрита стронция с заданной морфологией.

• Синтез стабильных коллоидных растворов на основе наночастиц гексаферрита. Модификация поверхности наночастиц с целью изменения рамок стабильности последних.

• Определение магнитных и оптических свойств коллоидных растворов в переменных и постоянных магнитных полях.

• Определение микроструктуры коллоидного раствора и ее вариации под воздействием различных внешних факторов.

• Разработка методик получения покрытий ориентированных наночастиц на подложках.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Организация магнитотвердых наночастиц гексаферрита в коллоидных растворах и на границах раздела фаз»

Научная новизна работы

В настоящей работе установлены пространственное строение, магнитные, оптические и динамические свойства ряда коллоидных растворов на основе магнитотвердых наночастиц гексаферрита стронция:

Впервые установлены пределы стабильности немодифицированной дисперсной системы по величине рН и по количеству добавляемого однозарядного электролита. Впервые синтезированы коллоидные растворы наночастиц гексаферрита стронция, модифицированных диоксидом кремния и установлены границы стабильности последнего по величине рН.

Впервые исследованы динамические характеристики наночастиц гексаферрита в объеме раствора в различных растворителях. Установлена возможность эффективной модуляции оптического сигнала вплоть до частот 5 кГц. Показана возможность определения вязкости растворителя на основании магнитооптического отклика системы.

Впервые обнаружено формирование концентрированной феррожидкости, с концентрацией частиц в 100 раз превышающей разбавленный коллоидный раствор. Впервые установлена пространственная структура концентрированного раствора.

Путем высушивания концентрированного коллоидного раствора впервые получено многослойное ориентированное покрытие частиц гексаферрита с ярко выраженной анизотропией магнитных свойств.

Разработана методика формирования монослойных ориентированных пленок гексаферрита на границе раздела фаз вода-ПАВ. Установлена структура и магнитные свойства получаемой пленки.

Практическая и теоретическая значимость работы

Синтез и исследование свойств коллоидных систем на основе магнитотвердых наночастиц является одной из актуальных задач современной химии. В результате проведения комплексного исследования данных дисперсных систем были получены приоритетные данные об основных свойствах и структуре малоизученного типа феррожидкости. Полученные результаты могут представлять, в том числе и практический интерес для научно-исследовательских организаций, занимающихся созданием сред для магнитной записи высокой плотности (осаждение монослоев ориентированных частиц для перпендикулярной магнитной записи), постоянных магнитов (путем создания композитов магнитомягкое-магнитотвердое), оптических устройств (визуализаторы магнитных полей,

в рамках работы также был собран прототип подобного устройства) и разработкой методов терапии рака (магнитомеханическая терапия). Например, в рамках настоящей работы зависимость характеристик магнитооптического отклика коллоидного раствора (а именно, частотные зависимости амплитуды отклика и угла отставания последнего) была использована для определения вязкости растворителя, причем данный метод позволяет проводить in situ измерения вязкости.

Работа выполнена в рамках проектов РФФИ № 18-33-00765 и № 16-03-01052.

Положения, выносимые на защиту

1. Установлены оптимальные температуры термообработки стекла при синтезе наночастиц гексаферрита для получения стабильных коллоидных растворов. Показана возможность контроля размерных и магнитных характеристик получаемых коллоидных частиц путем вариации состава шихты и температуры термокристаллизации стекла.

2. Показано, что коллоидный раствор наночастиц гексаферрита стронция имеет рамки стабильности по величине рН от 1.3 до 4.4 и по количеству добавляемого однозарядного электролита до 50 ммоль/л. Рамки стабильности модифицированных диоксидом кремния частиц по величине рН соответствуют интервалу от 5 до 11.

3. Определены динамические характеристики частиц в различных растворителях, в частности средние времена релаксации соответствующие 5.3*10-5, 1.6*10-3 и 1.6*10-2 с для воды, этиленгликоля и глицерина соответственно.

4. Предложена модель движения частиц в переменном магнитном поле, позволяющая определять пороговую частоту вращения частиц. Определенные величины совпадают с экспериментальными и составляют 600, 3.5 и 0.5 Гц для приведенных растворителей соответственно.

5. Определена пространственная структура концентрированной фазы феррожидкости как в отсутствии магнитного поля, так и при воздействии постоянных и переменных полей. Установлено, что соседние частицы в концентрате ориентированы по типу плоскость к плоскости. В результате формируются нити со средним периодом повторяемости в 27 нм.

6. Показано, что расстояние между центрами частиц (период повторяемости) в конденсированной фазе раствора может быть уменьшено путем вариации рН практически вплоть до толщины частицы в 8 нм. Показана возможности изменения периода повторяемости частиц конденсированной фазы путем воздействия переменного магнитного поля.

7. Показано, что методом высушивания концентрата в магнитном поле возможно получать покрытия с высокой степенью магнитной анизотропии свойств, достигнутая величина соотношения Mr/Ms составляет 0,83.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием комплекса взаимодополняющих инструментальных методов физико-химического исследования при определении состава, структуры и свойств материалов. Информация о размере, фазовом составе выделенных частиц, полученная из данных рентгеновской дифракции, подтверждена исследованием методом просвечивающей электронной микроскопии. Исследование размерного распределения проводилось как прямым методом ПЭМ, так и косвенно из данных динамического светорассеяния. Данные малоугловой рентгеновской дифракции хорошо соотносятся с результатами теоретического моделирования поведения единичных частиц и их взаимодействия в растворе.

Публикация и апробация работы

По теме работы опубликованы 4 научные статьи в отечественных и международных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus. Результаты работы были представлены на 14 всероссийских и международных конференциях в виде устных и стендовых докладов:

Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и симпозиумах: Moscow International Symposium on Magnetism (Москва, Россия, 2017), VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи (Москва, Россия, 2016), Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния «ФКС» (Санкт-Петербург, Россия, 2015-2020), Международные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, Россия, 2014-2018), Международная конференция EASTMAG (Екатеринбург, Россия, 2019).

Личный вклад автора

В основу диссертации положены результаты научных исследований, проведенных в период 2012 - 2021 гг. Личный вклад Елисеева А.А. заключается в постановке задач исследования, синтезе объектов исследования, планировании, подготовке и проведении экспериментов по определению структуры и измерению оптических, динамических и магнитных свойств исследуемых образцов и интерпретации полученных результатов, подготовке публикаций, представлении результатов на научных конференциях. Основная часть работы выполнена соискателем в группе магнитных материалов лаборатории неорганического материаловедения на кафедре неорганической химии химического

факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Эксперименты по малоугловому рассеянию проведены при использовании синхротронного комплекса ESRF на линиях ГО-10 и ГО-02.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 124 страницах, содержит 85 рисунков, 4 таблицы и 101 ссылку на литературные источники.

2. Обзор литературы

2.1. Высококоэрцитивные материалы и методы получения

Поскольку настоящая работа посвящена самоорганизации в коллоидных растворах на основе магнитотвердых частиц, первоочередной задачей оказывается синтез стабильной дисперсной системы. Кроме того, необходимо выбрать магнитотвердый материал, наиболее пригодный для изготовления стабильного золя основываясь на ряде факторов: коэрцитивная сила, размер и форма частиц, сложность метода синтеза и возможность изоляции частиц на этапе синтеза. Поэтому первая часть литературного обзора посвящена наночастицам высококоэрцитивных материалов.

2.1.1. Система ЫёЕвБ

В настоящий момент система неодим-железо-бор является одной из наиболее распространенных в области постоянных магнитов ввиду высокой коэрцитивной силы (теоретический предел 70 кЭ, хотя в большинстве практических случаев коэрцитивная сила составляет всего не более 1/3 этого предела [12]) и, одновременно, высокой магнитной энергии. Однако присутствие в составе редкоземельных элементов значительно повышает стоимость готовых изделий. Помимо стоимости магнитные материалы этой группы имеют невысокие температуры Кюри, что огранивает их область применения. Последняя проблема относительно успешно решена в работе [1з] за счет использования метода «низкотемпературной диффузии». Данный метод предполагает смешение микрокристаллических порошков основного магнитного сплава и диффузионного сплава и их последующую термообработку при относительно невысоких (600-700 °С) температурах в течение нескольких часов, в том числе под вакуумом.

Последние работы посвящены в том числе и разработке наночастиц и нанокомпозитов, что актуально для формирования коллоидных растворов на базе магнитотвердых частиц. В работе [14] авторами при помощи измельчения были получены частицы среднего размера 20 нм с коэрцитивной силой около 5 кЭ. Форм-фактор получаемых частиц соответствует нанохлопьям или нанопластинкам.

Несмотря на значительные показатели коэрцитивной силы, полученный материал оказывается малопригоден для получения дисперсных систем ввиду значительной изначальной агрегированности пластинок. К сожалению, других подходов к получению нанокристаллических порошков частиц системы КёБеБ на данный момент в литературе не обнаружено.

2.1.2. Наночастицы металлов

Синтез ферромагнитных металлов в условиях, способствующих формированию высококоэрцитивных наночастиц, часто описывается в литературе. В данном случае за счет анизотропной формы и малых размеров оказывается возможным получение высоких значений коэрцитивной силы материалов, в макроскопических масштабах, обычно относимых к магнитомягким. В частности, за счет размагничивающего фактора, при форме частиц, соответствующих вытянутому цилиндру возможно значительно увеличение коэрцитивной силы последних.

Многообещающим подходом является использование матриц для электрохимического или другого метода выращивания частиц. Более того в случае использования упорядоченных матриц получаемый массив магнитотвердых наночастиц помимо повышенной за счет анизотропии коэрцитивной силы может также обладать анизотропией магнитных свойств. В работе [15] авторы получили упорядоченный массив нанонитей никеля в матрице анодного оксида алюминия. Для синтеза использовалась технология электроосаждения, позволяющая получать пленки и покрытия высокочистого никеля с контролируемой скоростью роста. За счет использования упорядоченной матрицы с узким размером пор полученные нанонити аналогично имели низкое распределение по значению толщины и были ориентированы перпендикулярно подложке, что обеспечило анизотропию магнитных свойств и значительный рост коэрцитивной силы при перемагничивании вдоль оси нити. Авторам удалось добиться значений коэрцитивной силы в 555 Э, что достаточно много по сравнению с объемными образцами никеля, однако, достаточно мало в сравнении с другими магнитотвердыми материалами. Аналогичный результаты были получены в работе [16] для нанонитей кобальта, в данном случае коэрцитивная сила составила около 300 Э. Однако в 2016 году аналогичным методом были получены нанонити железа с высокой степенью ориентации, обладающие значительно большими значениями и намагниченности насыщения и коэрцитивной силы (815 Э) со средним диаметром 40 нм и длиной в несколько десятков микрометров. Таким образом, при помощи данной методики возможно получение металлических нитей с высокой коэрцитивной силой, разделенных прослойками матрицы, что препятствует агрегации на стадии синтеза.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, методики матричного синтеза имеют существенные недостатки: необходимость изначального формирования матрицы с заданными свойствами и необходимость последующего селективного выделения магнитотвердых частиц из матрицы и отделения от подложки в случае электрохимического выращивания.

Еще одна из удачных попыток синтеза малых высококоэрцитивных частиц описана в работе [17]. В данном случае авторы использовали «растворный» химический подход к синтезу наночастиц кобальта. В результате был получен порошок наночастиц, обладающий коэрцитивной силой при комнатной температуре в 1 кЭ. Частицы в данном случае имели форму толстых пластинок (средний диаметр 21 нм, средняя толщина 12 нм) и в порошке, ввиду магнитных взаимодействий, формировали «нити» из слипшихся частиц. Ввиду использования «растворного» метода синтеза такой подход может оказаться выгодным для формирования коллоидных растворов на основе магнитотвердых частиц.

Таким образом, коэрцитивная сила наночастиц металлов за счет правильного форм-фактора последних и использования соответствующей методики синтеза может быть поднята до значений в единицы кЭ при довольно значительных размерах частиц, что будет препятствовать формированию стабильных дисперсных систем.

2.1.3. Частицы ЕвР

Следующим материалом, интерес к высококоэрцитивным наночастицам которого последнее время проявляется особенно сильно являются частицы Бе-Р! и другие подобные сплавы. При низких температурах кристаллизуется фаза с ГЦК структурой, которая путем отжига при температурах выше 600°С может быть переведена в тетрагональную фазу [18]. С другой стороны, использование высоких температур в процессе синтеза приводит к агрегации и нежелательному срастанию частиц, что отрицательно сказывается на возможности применения продукта. Тетрагональная фаза характеризуется высокими значениями коэрцитивной силы наночастиц 4-20 кЭ, но невысокими значениями намагниченности насыщения 30-40 эме/г для эквиатомной фазы. Существует ряд стандартных подходов для синтеза наночастиц сплава Бе-Р!: РУО (хуже контроль состава, размера и формы частиц), полиольный процесс [19], химическое разложение в эфире и другие. Однако попытки оптимизации процессов синтеза с целью получения частиц, наиболее подходящих для применения в магнитной записи продолжаются.

В работе [20] представлены результаты синтеза наночастиц методом совместного восстановления железа и платины при помощи Ы(С2Н5)зВН (супергидрид). Авторами были выбраны два различных покрывающих агента: олеиновая кислота в смеси с олеиламином и олеиновая кислота в смеси с СТАВ. В обоих случаях были получены сферические наночастицы с довольно узким распределением по размеру, и со средней величиной 24 и 21 нм соответственно.

В работе [21] по аналогичной стратегии были получены наноразмерные порошки частиц FePt ш средним диаметром 10-15 нм. В зависимости от состава коэрцитивная сила варьировалась в интервале от 3 до 10 кЭ.

Частицы Fe-Pt хорошо подходят для формирования коллоидного раствора, однако, стратегии получения включают либо стадию отжига, что приводит к срастанию частиц, либо выделения через порошковую фазу, что приводит к агрегации.

2.1.4. Частицы е-¥в2Оз

Орторомбический 8-Fe2Oз в последнее время привлек значительный интерес научного сообщества за счет высоких значений коэрцитивной силы, наблюдаемой у наноразмерных кристаллов (вплоть до 40 кЭ). Причиной столь высоких значений коэрцитивной силы является значительная величина магнитокристаллической анизотропии, которая, в свою очередь, обусловлена наличием в структуре позиции железа с несимметричным окружением [22]. Описываемое в литературе значение константы магнитокристаллической анизотропии составляет 2-5-105 Дж/м3. Намагниченность насыщения (15-20 Ам2/кг) при этом оказывается довольно невысокой, ввиду частично компенсированной антиферромагнитной структуры атомарных моментов, содержащей 4 неэквивалентные позиции (Рис. 2.1).

— Fee

^(Distorted Octahcdra)

— FeA

(Distorted Octahcdra)

— Fee

(Regular Octahcdra)

— Fep

(Regular Tctrahcdra)

Рис. 2.1. Кристаллическая структура 8-Fe2O3 [24]

Синтез чистого 8-Fe2O3 является сложной задачей, так как в большинстве случаев продукт оказывается загрязненным значительными количествами a-Fe2O3 и/или y-Fe2O3. Достичь выхода 8-Fe2O3 более 70% оказывается непросто [22,23]. По этой причине данная фаза длительное время притягивала лишь незначительное внимание исследователей. На

данный момент, объем исследований в области получения высококоэрцитивных части 8-Fe2O3 значительно возрос. Наиболее часто в работах встречаются сферические частицы, диаметром от 10 до 200 нм и наностержни толщиной в 10-50 нм и длиной от 20 нм до 2 мкм, а в качестве синтетических подходов предлагаются методы матричного синтеза (обратные мицеллы, матрица SiO2, etc) и золь-гель методика.

В одной из последних работ [25] авторы синтезировали сферические наноразмерные частицы 8-Fe2O3, коэрцитивная сила которых достигала 20 кЭ при размере частиц более 24 нм. Для синтеза был использован матричный подход, в частности матрица SiO2. Это позволило получать частицы чистой фазы 8-Fe2O3 простым отжигом в широком интервале температур, что в свою очередь обеспечило тонкий контроль размера наносфер.

Авторами было получена зависимость коэрцитивной силы частиц 8-Fe2O3 от их размера в приближении случайной ориентации частиц.

н___

с Л/Toodn , ч v ' -f(d)ddX^-i)

(6Vsw-)0,77 KJ° J K y ndp3

ndp

Где Vsp и Vsw объемы суперпарамагнитных частиц и частиц диаметра, лежащего между dp и 3/100dp соответственно, а f(d) является распределением частиц по размерам.

8-Fe2O3 является перспективным материалом для синтеза магнитных жидкостей с ферромагнитными частицами, однако, основной проблемой является синтез чистой фазы 8-Fe2O3, что, возможно, будет сказываться на предполагаемой области применений.

2.1.5. Гексаферриты М-типа

Еще одним давно известным материалом, магнитные свойства наночастиц которого последнее время активно исследуются, является гексаферрит М-типа. Данное соединение имеет формулу MFei2Oi9 (M = Ba, Sr), а по своей структуре изоморфно минералу магнетоплюмбиту [26].

2.1.5.1. Кристаллическая структура

Элементарная ячейка гексаферрита содержит две формульные единицы MFei2Oi9. Параметры решётки заметно зависят от типа двухзарядного иона металла и характера замещений и имеют значения близкие к а = 5.9 А и с = 23 А.

Кристаллическая структура гексаферрита может быть представлена в виде комбинации блоков двух типов: шпинельных и гексагональных. Гексагональные блоки в литературе обозначаются Я и содержат в себе двухзарядный ион металла. Шпинельные блоки обозначаются Б и направлены осью [111] вдоль оси с кристаллической решетки гексаферрита [27]. Блоки располагаются в структуре гексаферрита вдоль оси с по следующей схеме: 8Я8*Я*, где * обозначаются блоки, развернутые на 180 Визуализация кристаллической структуры гексаферрита в виде блоков представлена на Рис. 2.2.

Рис. 2.2. Кристаллическая структура гексаферрита в виде шпинельных и гексагональных

блоков и координационных полиэдров

В другом варианте, кристаллическая структура может быть представлена в виде двухслойной плотнейшей гексагональной упаковки атомов кислорода. В таком представлении ионы железа оказываются в пустотах кислородной структуры, а двухзарядный ион металла заменяет один из кислородов в каждом пятом слое, что происходит ввиду близких значений ионных радиусов [26,27].

2.1.5.2. Магнитные свойства

Магнитные свойства гексаферрита в первую очередь обуславливаются наличием Бе3+ в его структуре. Ионы железа расположены в пяти различных кристаллографических позициях, распределение которых по элементарной ячейке можно представить как слои ионов железа перпендикулярно оси с. Взаимодействие между ионами железа в соседних позициях может иметь как ферромагнитный, так и антиферромагнитный характер, в настоящей работе материал имел упорядочение антиферромагнитного типа [28]. Наглядное

изображение распределения позиций по кристаллической структуре гексаферрита представлено на Рис. 2.3.

в 2а

Э 2Ь

О 12к

о 41;

О 41

Рис. 2.3. Позиции ионов железа в кристаллической структуре гексаферрита

Шпинельные блоки гексаферрита имеют упорядочение, соответствующее шпинельному типу, то есть спины ионов в октаэдрических позициях антипараллельны спинам в тетраэдрических. Оставшиеся ионы железа в гексагональных слоях имеют упорядочение спинов, организованное таким образом, чтобы сохранить послойный антиферромагнитный характер.

Таблица 2.1. Позиции атомов железа в структуре гексаферрита М-типа, порядок позиций в таблице соответствует порядку «слоев» в структуре

Позиция Направление Тип Структурный Количество

спина окружения блок на ячейку

2а т октаэдр Б 1

4А 1 тетраэдр Б 2

12к т октаэдр Я-Б 6

412 1 октаэдр Я 2

2Ь т Тригональная Я 1

бипирамида

Таким образом, гексаферрит представляет собой нескомпенсированный антиферромагнетик, также называемый ферримагнетиком. Соответствие позиций железа, направления спинов и принадлежностей позиций к блокам кристаллической структуры представлено в Таблица 2.1. Теоретический магнитный момент может быть рассчитан на

основании данных приведенных в таблице в приближении значения магнитного момента на атоме железа 5 цб при 0 К. Получаемая таким образом величина составляет 20 цб на элементарную ячейку. Для сравнения с экспериментальными данными необходимо так же учесть температурную зависимость намагниченности насыщения гексаферрита, которая приведена на Рис. 2.4. Таким образом, теоретическое значение хорошо согласуется с экспериментальным в 70 э.м.е./г, приводимым в работе [29].

ч

Ч (а) к •

\\ \ * (б) \\

N \\ \ • \\ \ •

V • Л i • \ \ V •

\ ч \ • V

О 200 400 600 800

Температура (К)

Рис. 2.4. Зависимость намагниченности насыщения от температуры для SrFei2Üi9 (а) и

BaFei2Oi9 (б)

Помимо температуры намагниченность насыщения также часто зависит и от размеров кристаллитов конкретного образца. Чаще всего у мелкодисперсных порошков данное значение оказывается несколько ниже, чем у монокристаллов. Так для мелкодисперсных порошков со средним размером частиц около 80 нм величина Ms составляет 61.6 э.м.е./г [30].

Гексаферриты обладают очень высокими значениями коэрцитивной силы (Н с около 3000 Э для промышленных крупнокристаллических образцов). Причиной подобных высоких значений оказывается большая величина константы магнитокристаллической анизотропии Ki (более 106 эрг/см3). Значения констант более высоких порядков оказываются пренебрежимо малы в сравнении с Ki, соответственно материал обладает единственной осью легкого намагничивания (одноосная магнитокристаллическая анизотропия). Направление данной оси совпадает с осью с кристаллической решетки гексаферрита.

Путем замещения ионов железа в структуре гексаферрита возможен контроль значения коэрцитивной силы, в частности, одним из наиболее развитых подходов является замещение алюминием с повышением коэрцитивной силы. Кроме того для повышения коэрцитивной силы используется снижение размера кристаллита и для малых частиц данный параметр может достигать 6.3 кЭ [31,32].

По литературным данным решающую роль в создании высокой величины К1 играет атом железа, занимающий позицию 2Ь. Данный ион имеет бипирамидальное окружение и располагается не в центре бипирамиды, а совершает быстрые переходы около центральной точки. Ввиду расположения рядом с атомом железа позиции 2Ь катиона металла (Ba, 8г, ...) кислородное окружение и, соответственно, значение магнитной анизотропии в большой степени определяется природой данного катиона. По данной причине существует значительное различие в коэрцитивной силе гексаферрита стронция, бария и свинца [26,27,33,34]. В Таблица 2.2 приведены экспериментально определенные значения для константы анизотропии гексаферритов стронция, бария и свинца [29,35].

Таблица 2.2. Значение константы магнитокристаллической анизотропии гексаферритов

Гексаферрит К1, эрг/см3

SrFe12O19 3.57 х 106

BaFe12O19 3.25 х 106

PbFe12O19 2.2 х 106

Поскольку коэрцитивная сила материала определяется не только значением константы анизотропии, а также и намагниченностью насыщения (Hc ~ K/Ms), температурная зависимость данной величины имеет характерный вид с широким максимум при определенной температуре (Рис. 2.5) [28]. В частности, для незамещенных гексаферритов максимум коэрцитивной силы наблюдается в интервале температур от 400 до 600 К.

Рис. 2.5. Температурные зависимости параметров Мз, К1, Ид (поле анизотропии) и Hc

гексаферритов

Как уже упоминалось ранее, магнитные характеристики зависят не только лишь от природы материала, но и от его микроструктуры. Наиболее сильно данная зависимость проявляется для величины коэрцитивной силы ввиду уменьшения вклада движения доменных стенок при перемагничивании по мере снижения размера кристаллита.

га -

с

з

о

суперпарамагнитная / \

V

10 100 1000 Размер частицы, нм

10000 100000

Рис. 2.6. Примерный вид зависимости коэрцитивной силы от размера частицы

На Рис. 2.6 представлена характерная зависимость коэрцитивной силы от размера частицы ферромагнетика [36]. По мере снижения размера кристаллита вклад движения междоменных стенок в процесс перемагничивания снижается, что вызывает рост значения Нс. При переходе в монодоменную область наблюдается максимальная коэрцитивная сила, которая затем начинает снижаться по мере уменьшения объема. Тепловые флуктуации при

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Елисеев Артем Анатольевич, 2021 год

7. Список литературы

1. Raj K., Boulton R.J. Ferrofluids - Properties and applications // Mater. Des. 1987. Vol. 8, № 4. P. 233-236.

2. Wang Y.-X.J. Superparamagnetic iron oxide based MRI contrast agents: Current status of clinical application. // Quant. Imaging Med. Surg. 2011. Vol. 1, № 1. P. 35-40.

3. Joseph A., Mathew S. Ferrofluids: Synthetic Strategies, Stabilization, Physicochemical Features, Characterization, and Applications // Chempluschem. WILEY-VCH Verlag, 2014. Vol. 79, № 10. P. 1382-1420.

4. Lisjak D., Mertelj A. Anisotropic magnetic nanoparticles: A review of their properties, syntheses and potential applications // Progress in Materials Science. Pergamon, 2018. Vol. 95. P. 286-328.

5. Chieh J.J., Huang K.W., Shi J.C. Sub-tesla-field magnetization of vibrated magnetic nanoreagents for screening tumor markers // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 106, № 7. P. 073703.

6. Mertelj A., Osterman N., Lisjak D., Copic M. Magneto-optic and converse magnetoelectric effects in a ferromagnetic liquid crystal // Soft Matter. 2014. Vol. 10, № 45. P. 9065-9072.

7. Sahoo R., Rasna M. V., Lisjak D., Mertelj A., Dhara S. Magnetodielectric and magnetoviscosity response of a ferromagnetic liquid crystal at low magnetic fields // Appl. Phys. Lett. 2015. Vol. 106. P. 161905.

8. Zhang Q., Ackerman P.J., Liu Q., Smalyukh I.I. Ferromagnetic Switching of Knotted Vector Fields in Liquid Crystal Colloids // Phys. Rev. Lett. 2015. Vol. 115. P. 097802.

9. Ackerman P.J., Smalyukh I.I. Static three-dimensional topological solitons in fluid chiral ferromagnets and colloids // Nature Materials. 2017. Vol. 16, № 4. P. 426-433.

10. Mertelj A., Lisjak D., Drofenik M., Copic M. Ferromagnetism in suspensions of magnetic platelets in liquid crystal // Nature. 2013. Vol. 504, № 7479. P. 237-241.

11. Mertelj A., Lisjak D. Ferromagnetic nematic liquid crystals // Liquid Crystals Reviews. 2017. Vol. 5, № 1. P. 1-33.

12. Bai G., Gao R.W., Sun Y., Han G.B., Wang B. Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets // J. Magn. Magn. Mater. 2007. Vol. 308, № 1. P. 20-23.

13. Xie J., Yuan C., Luo Y., Yang Y., Hu B., Yu D., Yan W. Coercivity enhancement and thermal-stability improvement in the melt-spun NdFeB ribbons by grain boundary diffusion // J. Magn. Magn. Mater. 2018. Vol. 446. P. 210-213.

14. Su K.P., Liu Z.W., Zeng D.C., Huo D.X., Li L.W., Zhang G.Q. Structure and size-dependent properties of NdFeB nanoparticles and textured nano-flakes prepared from nanocrystalline

ribbons // J. Phys. D. Appl. Phys. 2013. Vol. 46. P. 245003.

15. Napolskii K.S., Eliseev A.A., Yesin N. V., Lukashin A. V., Tretyakov Y.D., Grigorieva N.A., Grigoriev S. V., Eckerlebe H. Ordered arrays of Ni magnetic nanowires: Synthesis and investigation // Phys. E Low-Dimensional Syst. Nanostructures. 2007. Vol. 37, № 1-2. P. 178-183.

16. Chumakov A.P., Grigoriev S. V., Grigoryeva N.A., Napolskii K.S., Eliseev A.A., Roslyakov I. V., Okorokov A.I., Eckerlebe H. Magnetic properties of cobalt nanowires: Study by polarized SANS // Physica B: Condensed Matter. 2011. Vol. 406, № 12. P. 24052408.

17. Comesana-Hermo M., Ciuculescu D., Li Z.A., Stienen S., Spasova M., Farle M., Amiens C. Stable single domain Co nanodisks: Synthesis, structure and magnetism // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22, № 16. P. 8043-8047.

18. Zafiropoulou I., Tzitzios V., Petridis D., Devlin E., Fidler J., Hoefinger S., Niarchos D. Optimized synthesis and annealing conditions of L10 FePt nanoparticles // Nanotechnology. 2005. Vol. 16, № 9. P. 1603-1607.

19. Chokprasombaf K., Harding P., Sirisathitkul C., Muthitamongkol P., Pinitsoontorn S. Composition study of FePt nanoparticles synthesized from modified polyol process // Indian J. Eng. Mater. Sci. 2012. Vol. 19, № 5. P. 338-342.

20. Dalavi S.B., Panda R.N. Observation of high coercive fields in chemically synthesized coated Fe-Pt nanostructures // J. Magn. Magn. Mater. 2017. Vol. 428. P. 306-312.

21. Lei W., Yu Y., Yang W., Feng M., Li H. A general strategy for synthesizing high-coercivity L10-FePt nanoparticles // Nanoscale. 2017. Vol. 9, № 35. P. 12855-12861.

22. Tucek J., Zboril R., Namai A., Ohkoshi S.I. s-Fe2O3: An advanced nanomaterial exhibiting giant coercive field, millimeter-wave ferromagnetic resonance, and magnetoelectric coupling // Chemistry of Materials. 2010. Vol. 22, № 24. P. 6483-6505.

23. Zboril R., Mashlan M., Petridis D. Iron(III) oxides from thermal processes-synthesis, structural and magnetic properties, Mossbauer spectroscopy characterization, and applications // Chemistry of Materials. 2002. Vol. 14, № 3. P. 969-982.

24. Ahamed I., Pathak R., Skomski R., Kashyap A. Magnetocrystalline anisotropy of s -Fe 2 O 3 // AIP Adv. 2018. Vol. 8. P. 055815.

25. Ohkoshi S., Namai A., Imoto K., Yoshikiyo M., Tarora W., Nakagawa K., Komine M., Miyamoto Y., Nasu T., Oka S., Tokoro H. Nanometer-size hard magnetic ferrite exhibiting high optical-transparency and nonlinear optical-magnetoelectric effect // Sci. Rep. 2015. Vol. 5, № 1. P. 14414.

26. Kojima H. Fundamental properties of hexagonal ferrites with magnetoplumbite structure //

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

Handbook of Ferromagnetic Materials. 1982. Vol. 3, № C. P. 305-391.

Pollert E. Crystal chemistry of magnetic oxides part 2: Hexagonal ferrites // Prog. Cryst.

Growth Charact. 1985. Vol. 11, № 3. P. 155-205.

Buschow K.H.J., de Boer F.R. Physics of Magnetism and Magnetic Materials // Physics of Magnetism and Magnetic Materials. Boston, MA: Springer US, 2003. 191 p. Shirk B.T., Buessem W.R. Temperature dependence of Ms and K1 of BaFe 12O19 and SrFe12O19 single crystals // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40, № 3. P. 1294-1296. An S.Y., Lee S.W., Lee S.W., Kim C.S. Magnetic properties of Ba1-xSrxFe12O19 grown by a sol-gel method // J. Magn. Magn. Mater. 2002. Vol. 242-245, № PART I. P. 413-415. Zaitsev D.D., Kushnir S.E., Kazin P.E., Tretyakov Y.D., Jansen M. Preparation of the SrFe12O19-based magnetic composites via boron oxide glass devitrification // J. Magn. Magn. Mater. 2006. Vol. 301, № 2. P. 489-494.

Lee S.W., An S.Y., Kim S.J., Shim I.B., Kim C.S. The Annealing Temperature Dependence of Magnetic Properties in Sr-Ferrite Nanoparticles // IEEE Trans. Magn. 2003. Vol. 39, № 5 II. P. 2899-2901.

Obradors X., Solans X., Collomb A., Samaras D., Rodriguez J., Pernet M., Font-Altaba M. Crystal structure of strontium hexaferrite SrFe12O19 // J. Solid State Chem. 1988. Vol. 72, № 2. P. 218-224.

Haneda K., Morrish A.H. Magnetic Properties of BaFe12O19 Small Particles // IEEE Trans. Magn. 1989. Vol. 25, № 3. P. 2597-2601.

Yamamoto H., Nagakura M. High quality anisotropic lead system ferrite magnets // IEEE Trans. Magn. 1987. Vol. 23, № 1. P. 294-299.

Hadjipanayis G.C. Nanophase hard magnets // J. Magn. Magn. Mater. 1999. Vol. 200, № 1-3. P. 373-391.

Sato H., Umeda T. Grain growth of strontium ferrite crystallized from amorphous phases // Nippon Kinzoku Gakkaishi/Journal Japan Inst. Met. 1991. Vol. 55, № 1. P. 92-97. Shirk B.T., Buessem W.R. Theoretical and experimental aspects of coercivity versus particle size for barium ferrite // IEEE Trans. Magn. 1971. Vol. 7, № 3. P. 659-663. Stoner E.C., Wohlfarth E.P. A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys // IEEE Trans. Magn. 1991. Vol. 27, № 4. P. 3475-3518.

Stoner E.C., Wohlfarth E.P. Interpretation of high coercivity in ferromagnetic materials //

Nature. Nature Publishing Group, 1947. Vol. 160, № 4071. P. 650-651.

Wang S., Ding J., Shi Y., Chen Y.J. High coercivity in mechanically alloyed

BaFe10Al2O19 // J. Magn. Magn. Mater. 2000. Vol. 219, № 2. P. 206-212.

Trusov L.A., Gorbachev E.A., Lebedev V.A., Sleptsova A.E., Roslyakov I. V., Kozlyakova

E.S., Vasiliev A. V., Dinnebier R.E., Jansen M., Kazin P.E. Ca-Al double-substituted strontium hexaferrites with giant coercivity // Chem. Commun. 2018. Vol. 54, № 5. P. 479482.

43. Atkinson R., Papakonstantinou P., Salter I.W., Gerber R. Optical and magneto-optical properties of Co-Ti-substituted barium hexaferrite single crystals and thin films produced by laser ablation deposition // J. Magn. Magn. Mater. 1994. Vol. 138, № 1-2. P. 222-231.

44. Nakhowong R., Kiennork S., Wongwanwattana P. Synthesis and Optical Properties of Strontium Hexaferrite ( SrFe 12 O 19 ) Fibers by Electrospinning // J. Mater. Sci. Appl. Energy. 2018. Vol. 7, № 3. P. 328-332.

45. Heczko O., Gerber R., Simsa Z. Structural, magnetic and magneto-optical properties of SrFe12-xAlxO19 hexaferrite thin films prepared by laser ablation deposition // Thin Solid Films. 2000. Vol. 358, № 1. P. 206-214.

46. Hibst H. Hexagonal Ferrites from Melts and Aqueous Solutions, Magnetic Recording Materials // Angewandte Chemie International Edition in English. 1982. Vol. 21, № 4. P. 270-282.

47. Koutzarova T., Kolev S., Ghelev C., Grigorov K., Nedkov I. Structural and magnetic properties and preparation techniques of nanosized m-type hexaferrite powders // Springer Proceedings in Physics. 2009. Vol. 122. P. 183-203.

48. Xu P., Han X., Wang M. Synthesis and magnetic properties of BaFe12O19 hexaferrite nanoparticles by a reverse microemulsion technique // J. Phys. Chem. C. 2007. Vol. 111, № 16. P. 5866-5870.

49. Pillai V., Kumar P., Shah D.O. Magnetic properties of barium ferrite synthesized using a microemulsion mediated process // J. Magn. Magn. Mater. 1992. Vol. 116, № 3. P. L299-L304.

50. Liu X., Wang J., Gan L.M., Ng S.C., Ding J. An ultrafine barium ferrite powder of high coercivity from water-in-oil microemulsion // J. Magn. Magn. Mater. 1998. Vol. 184, № 3. P.344-354.

51. Pillai V., Kumar P., Hou M.J., Ayyub P., Shah D.O. Preparation of nanoparticles of silver halides, superconductors and magnetic materials using water-in-oil microemulsions as nano-reactors // Advances in Colloid and Interface Science. 1995. Vol. 55, № C. P. 241269.

52. Kazin P.E., Trusov L.A., Kushnir S.E., Yaroshinskaya N. V., Petrov N.A., Jansen M. Hexaferrite submicron and nanoparticles with variable size and shape via glass-ceramic route // J. Phys. Conf. Ser. 2010. Vol. 200, № 7. P. 072048.

53. Trusov L.A., Vasiliev A. V., Lukatskaya M.R., Zaytsev D.D., Jansen M., Kazin P.E. Stable

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

colloidal solutions of strontium hexaferrite hard magnetic nanoparticles // Chem. Commun. United Kingdom: United Kingdom, 2014. Vol. 50, № 93. P. 14581-14584. Shliomis M.I. Magnetic fluids // Uspekhi Fizicheskih Nauk. 1974. Vol. 112, № 3. P. 427458.

Odenbach S. Magnetoviscous effects in ferrofluids // Applied Rheology. 2000. Vol. 10, № 4. P. 178-184.

Ilg P., Odenbach S. Ferrofluid structure and rheology // Lecture Notes in Physics. 2009. Vol. 763. P. 249-325.

Holm C., Weis J.J. The structure of ferrofluids: A status report // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2005. Vol. 10, № 3-4. P. 133-140.

Huke B., Lücke M. Magnetic properties of colloidal suspensions of interacting magnetic particles // Reports Prog. Phys. 2004. Vol. 67, № 10. P. 1731-1768. Kim D.H., Rozhkova E.A., Ulasov I. V., Bader S.D., Rajh T., Lesniak M.S., Novosad V. Biofunctionalized magnetic-vortex microdiscs for targeted cancer-cell destruction // Nat. Mater. 2010. Vol. 9, № 2. P. 165-171.

Klein T., Laptev A., Günther A., Bender P., Tschöpe A., Birringer R. Magnetic-field-dependent optical transmission of nickel nanorod colloidal dispersions // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 106, № 11. P. 114301.

Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles // Absorption and Scattering of Light by Small Particles. Wiley, 1998. Vol. 35, № 3. 530 p. Nabeel Rashin M., Hemalatha J. Magnetic and ultrasonic studies on stable cobalt ferrite magnetic nanofluid // Ultrasonics. 2014. Vol. 54, № 3. P. 834-840. Petrescu E., Cirtoaje C., Stan C. Dynamic behavior of a nematic liquid crystal mixed with CoFe2O4 ferromagnetic nanoparticles in a magnetic field // Beilstein J. Nanotechnol. Germany, 2017. Vol. 8, № 1. P. 2468-2473.

Bodale I., Oprisan M., Stan C., Tufescu F., Racuciu M., Creanga D., Balasoiu M. Nanotechnological application based on CoFe2O4 nanoparticles and electromagnetic exposure on agrotechnical plant growth // IFMBE Proceedings. 2016. Vol. 55. P. 153-156. Lisjak D., Ovtar S., Drofenik M. The stability of BaFe12O19 nanoparticles in polar solvents // J. Mater. Sci. 2011. Vol. 46, № 9. P. 2851-2859.

Primc D., Makovec D., Lisjak D., Drofenik M. Hydrothermal synthesis of ultrafine barium hexaferrite nanoparticles and the preparation of their stable suspensions // Nanotechnology. 2009. Vol. 20, № 31. P. 315605.

Kushnir S.E., Gavrilov A.I., Kazin P.E., Grigorieva A. V., Tretyakov Y.D., Jansen M. Synthesis of colloidal solutions of SrFe12O19 plate-like nanoparticles featuring

extraordinary magnetic-field-dependent optical transmission // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22, № 36. P. 18893-18901.

68. Hong C.Y., Jang I.J., Homg H.E., Hsu C.J., Yao Y.D., Yang H.C. Ordered structures in Fe3O4 kerosene-based ferrofluids // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 81, № 8 PART 2A. P. 42754277.

69. Scholten P.C. How magnetic can a magnetic fluid be? // J. Magn. Magn. Mater. 1983. Vol. 39, № 1-2. P. 99-106.

70. Pal A., Malik V., He L., Erné B.H., Yin Y., Kegel W.K., Petukhov A. V. Tuning the colloidal crystal structure of magnetic particles by external field // Angew. Chemie - Int. Ed. 2015. Vol. 54, № 6. P. 1803-1807.

71. Medle Rupnik P., Lisjak D., Copie M., Copar S., Mertelj A. Field-controlled structures in ferromagnetic cholesteric liquid crystals // Sci. Adv. 2017. Vol. 3, № 10. P. e1701336.

72. Mertelj A., Lampret B., Lisjak D., Klepp J., Kohlbrecher J., Copie M. Evolution of nematic and ferromagnetic ordering in suspensions of magnetic nanoplatelets // Soft Matter. 2019. Vol. 15, № 27. P. 5412-5420.

73. Vasilescu C., Latikka M., Knudsen K.D., Garamus V.M., Socoliuc V., Turcu R., Tombácz E., Susan-Resiga D., Ras R.H.A., Vékás L. High concentration aqueous magnetic fluids: structure, colloidal stability, magnetic and flow properties // Soft Matter. 2018. Vol. 14, № 32. P. 6648-6666.

74. Faraudo J., Andreu J.S., Camacho J. Understanding diluted dispersions of superparamagnetic particles under strong magnetic fields: A review of concepts, theory and simulations // Soft Matter. 2013. Vol. 9, № 29. P. 6654-6664.

75. Ge J., Kwon S., Yin Y. Niche applications of magnetically responsive photonic structures // J. Mater. Chem. 2010. Vol. 20, № 28. P. 5777-5784.

76. Martínez-Pedrero F., Tirado-Miranda M., Schmitt A., Callejas-Fernández J. Primary and secondary bonds in field induced aggregation of electric double layered magnetic particles // Langmuir. 2009. Vol. 25, № 12. P. 6658-6664.

77. Shuai M., Klittnick A., Shen Y., Smith G.P., Tuchband M.R., Zhu C., Petschek R.G., Mertelj A., Lisjak D., Copie M., Maclennan J.E., Glaser M.A., Clark N.A. Spontaneous liquid crystal and ferromagnetic ordering of colloidal magnetic nanoplates // Nat. Commun. 2016. Vol. 7. P. 10394.

78. Brochard F., de Gennes P.G. Theory of magnetic suspensions in liquid crystals // J. Phys. 1970. Vol. 31, № 7. P. 691-708.

79. Li J., Liu X., Lin Y., Bai L., Li Q., Chen X., Wang A. Field modulation of light transmission through ferrofluid film // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 91, № 25. P. 253108.

80. Lin W., Miao Y., Zhang H., Liu B., Liu Y., Song B. Fiber-optic in-line magnetic field sensor based on the magnetic fluid and multimode interference effects // Appl. Phys. Lett. 2013. Vol. 103, № 15. P. 151101.

81. Ovtar S., Lisjak D., Drofenik M. Barium hexaferrite suspensions for electrophoretic deposition // J. Colloid Interface Sci. 2009. Vol. 337, № 2. P. 456-463.

82. Kawachi M., Sato N., Noto K., Yoshizawa M. Fabrication of grain-aligned YBCO films using electrophoretic deposition in a magnetic field // Phys. C Supercond. its Appl. 2002. Vol. 372-376, № PART 2. P. 802-805.

83. Jenus P., Lisjak D. The influence of material properties on the assembly of ferrite nanoparticles into 3D structures // Mater. Chem. Phys. 2014. Vol. 148, № 3. P. 1131-1138.

84. Kushnir S.E., Koshkodaev D.S., Kazin P.E., Zuev D.M., Zaytsev D.D., Jansen M. Rapid formation of a monolayer of oriented hard-magnetic strontium hexaferrite nanoparticles on a solid substrate // Adv. Eng. Mater. 2014. Vol. 16, № 7. P. 884-888.

85. Lukatskaya M.R., Trusov L.A., Eliseev A.A., Lukashin A. V., Jansen M., Kazin P.E., Napolskii K.S. Controlled way to prepare quasi-1D nanostructures with complex chemical composition in porous anodic alumina // Chem. Commun. 2011. Vol. 47, № 8. P. 23962398.

86. Stöber W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // J. Colloid Interface Sci. 1968. Vol. 26, № 1. P. 62-69.

87. Deng Y.H., Wang C.C., Hu J.H., Yang W.L., Fu S.K. Investigation of formation of silica-coated magnetite nanoparticles via sol-gel approach // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2005. Vol. 262, № 1-3. P. 87-93.

88. Fu W., Yang H., Yu Q., Xu J., Pang X., Zou G. Preparation and magnetic properties of SrFe12O19/SiO2 nanocomposites with core-shell structure // Mater. Lett. 2007. Vol. 61, № 11-12. P. 2187-2190.

89. Eliseev A.A., Eliseev A.A., Trusov L.A., Chumakov A.P., Boesecke P., Anokhin E.O., Vasiliev A. V., Sleptsova A.E., Gorbachev E.A., Korolev V. V., Kazin P.E. Rotational dynamics of colloidal hexaferrite nanoplates // Appl. Phys. Lett. 2018. Vol. 113, № 11. P. 113106.

90. Anokhin E.O., Trusov L.A., Kozlov D.A., Chumakov R.G., Sleptsova A.E., Uvarov O. V., Kozlov M.I., Petukhov D.I., Eliseev A.A., Kazin P.E. Silica coated hard-magnetic strontium hexaferrite nanoparticles // Adv. Powder Technol. 2019. Vol. 30, № 9. P. 1976-1984.

91. Trusov L.A., Babarkina O. V., Anokhin E.O., Sleptsova A.E., Gorbachev E.A., Eliseev A.A., Filippova T. V., Vasiliev A. V., Kazin P.E. Crystallization of magnetic particles in nNa 2 O-9SrO-6Fe 2 O 3 -8B 2 O 3 (n= 1 and 4) glasses // J. Magn. Magn. Mater. 2019.

Vol. 476. P. 311-316.

92. Trusov L.A., Sleptsova A.E., Duan J., Gorbachev E.A., Kozlyakova E.S., Anokhin E.O., Eliseev A.A., Karpov M.A., Vasiliev A. V., Brylev O.A., Kazin P.E. Glass-Ceramic Synthesis of Cr-Substituted Strontium Hexaferrite Nanoparticles with Enhanced Coercivity // Nanomaterials. 2021. Vol. 11, № 4. P. 924.

93. Batchelor G.K. An Introduction to Fluid Dynamics // Physics Today. 1959. Vol. 12, № 4. P. 36-38.

94. Shrivastava S., Tang J. Large deformation finite element analysis of non-linear viscoelastic membranes with reference to thermoforming // J. Strain Anal. Eng. Des. 1993. Vol. 28, № 1. P. 31-51.

95. Jaiswal S.K., Kumar J. Structural and optical absorption studies of barium substituted strontium ferrite powder // Solid State Sci. 2012. Vol. 14, № 8. P. 1157-1168.

96. Faraudo J., Camacho J. Cooperative magnetophoresis of superparamagnetic colloids: theoretical aspects // Colloid Polym. Sci. 2010. Vol. 288, № 2. P. 207-215.

97. Vokoun D., Beleggia M., Rahman T., Hou H.C., Lai C.H. The two-spin model with dipolar interactions for the exchange coupled composite media // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 103, № 7. P. 07F520.

98. Hribar Bostjaneie P., Tomsie M., Jamnik A., Lisjak D., Mertelj A. Electrostatic Interactions between Barium Hexaferrite Nanoplatelets in Alcohol Suspensions // J. Phys. Chem. C. 2019. Vol. 123, № 37. P. 23272-23279.

99. Agra R., Trizac E., Bocquet L. The interplay between screening properties and colloid anisotropy: Towards a reliable pair potential for disc-like charged particles // Eur. Phys. J. E. 2004. Vol. 15, № 4. P. 345-357.

100. Satoh A., Chantrell R.W., Kamiyama S.I., Coverdale G.N. Three dimensional Monte Carlo simulations of thick chainlike clusters composed of ferromagnetic fine particles // J. Colloid Interface Sci. 1996. Vol. 181, № 2. P. 422-428.

101. Dubois E., Cabuil V., Boué F., Perzynski R. Structural analogy between aqueous and oily magnetic fluids // J. Chem. Phys. 1999. Vol. 111, № 15. P. 7147-7160.