.png)
.png)
Email this article 
Synthesis and thermal behavior of nanoceramic material based on Bi13Fe5Ti6O39
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-6-25-30
Abstract
The process of formation by the chemical coprecipitation method of nanoceramic material based on layered perovskite-like complex oxide Bi13Fe5Ti6O39 with the structure of the Aurivillius phase has been described. The temperatures of the onset of formation, the onset of decomposition, and activation of sintering, as well as the coefficient of linear thermal extension of the material, have been determined. Technological parameters for the synthesis of the material with a high yield of the target product and the ability to vary the crystallite size in the range of 70‒85 nm have been determined.
About the Author
N. A. LomanovaRussian Federation
References
1. Keeney, L. Direct atomic scale determination of magnetic ion partition in a room temperature multiferroic material / L. Keeney, C. Downing, M. Schmidt [et al.] // Sci. Rep. ― 2017. ― Vol. 7. ― P. 1737. DOI:10.1038/s41598-017-01902-1.
2. Keeney, L. Ferroelectric behavior in exfoliated 2D aurivillius oxide flakes of sub-unit cell thickness / L. Keeney, R. J. Smith, M. Palizdar [et al.] // Adv. Electron. Mater. ― 2020. ― Vol. 6, № 3. ― P. 1901264. DOI:10.1002/aelm.201901264.
3. Zuo, X. Magnetic, dielectric and optical properties of fivelayered Aurivillius phase Bi6Fe2Ti3O18-based ceramics / X. Zuo, E. He, J. Bai [et al.] // Curr. Appl. Phys. ― 2019. ― Vol. 19, № 12. ― P. 1391-1398. DOI: 10.1016/j.cap.2019.09.007.
4. Zhao, H. A novel class of multiferroic material, Bi4Ti3O12 ‒ nBiFeO3 with localized magnetic ordering evaluated from their single crystals / H. Zhao, K. Cai, Z. Cheng [et al.] // Adv. Electron. Mater. ― 2017. ― Vol. 3, № 1. ― P. 1600254-7. DOI: 10.1002/aelm.201600254
5. Митрофанова, А. В. Влияние замещения ионов титана (IV) катионами Fe (III) и Nb (V) на фазообразование в лантаноидсодержащих системах на основе слоистого титаната-феррита висмута / А. В. Митрофанова, Е. А. Фортальнова, М. Г. Сафроненко [и др.] // Ж. неорган. хим. ― 2020. ― Т. 65, № 11. ― С. 1461‒1468. DOI: 10.1134/S0036023620110133.
6. Sun, S. Structural and physical properties of mixedlayer Aurivillius-type multiferroics / S. Sun, C. Liu, G. Wang [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. ― 2016. ―Vol. 99, № 9. ― P. 3033‒3038. DOI: 10.1111/jace.14312.
7. Lisnevskaya, I. V. The effect of heterovalent doping on the stability and properties of multiferroic Aurivillius phases / I. V. Lisnevskaya, V. V. Butova, Y. V. Rusalev [et al.] // Appl. Phys. A. ― 2020. ― Vol. 126. ― P. 168. DOI: 10.1007/s00339-020-3359-1.
8. Kozielski, L. Defect engineered enhancement of ferromagnetic properties in samarium doped Bi4Ti3O12‒BiFeO3 ceramics / L. Kozielski, J. Polnar, M. Bućko [et al.] // Ferroelectrics. ― 2020. ― Vol. 556, № 1. ― P. 62‒69. DOI: 10.1080/00150193.2020.1713343.
9. Selbach, S. M. On the thermodynamic stability of BiFeO3 / S. M. Selbach, M.-A. Einarsrud, T. Grande // Chem. Mater. ― 2009. ― Vol. 21, № 1. ― P. 169‒173. DOI: 10.1021/cm802607p.
10. Meera, A. V. Studies on the thermal stability of BiFeO3 and the phase diagram of Bi‒Fe‒O system / A. V. Meera, R. Ganesan, T. Gnanasekaran // J. Alloys Compd. ― 2019. ― Vol. 790, ― P. 1108‒1118. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.03.205.
11. Ломанова, Н. А. Фазовые состояния в разрезе Bi4Ti3O12‒BiFeO3 системы Bi2O3‒TiO2‒Fe2O3 / Н. А. Ломанова, В. В. Гусаров // Ж. неорган. хим. ― 2011. ― Т. 56, № 4. ― С. 661‒665. DOI: 10.1134/S0036023611040188.
12. Lomanova, N. A.Structural changes in the homologous series of the Aurivillius phases Bin + 1Fen − 3Ti3O3n + 3 / N. A. Lomanova, V. G. Semenov, V. V. Panchuk [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2012. ― Vol. 528. ― Р. 103‒108. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.03.040.
13. Lomanova, N. A. Magnetic properties of Aurivillius phases Bim + 1Fem ‒ 3Ti3O3m + 3 with m = 5,5, 7, 8 / N. A. Lomanova, I. V. Pleshakov, M. P. Volkov [et al.] // Mater. Sci. Eng. B. ― 2016. ― Vol. 214. ― P. 51‒56. DOI:10.1016/j.mseb.2016.08.001.
14. Ломанова, Н. А. Электрофизические свойства слоистых перовскитоподобных соединений в системе Bi2O3‒TiO2‒Fe2O3 / Н. А. Ломанова, В. В. Гусаров // Неорган. матер. ― 2011. ― T. 47, № 4. ― С.477‒482. DOI: 10.1134/S0020168511040169.
15. Lei, Z.Effect of layer number on ferromagnetic properties in aurivillius Bi4Bin ‒ 3Fen ‒ 3,2Co0,2Ti3O3n + 3 ceramics / Z. Lei, M. Liu, W. Ge [et al.] // Mater. Lett. ― 2015. ― Vol. 139. ― P. 348‒351. DOI: 10.1016/j.matlet.2014.10.095.
16. Jartych, E. Antiferromagnetic spin glass-like behavior in sintered multiferroic aurivillius Bim + 1Fem ‒ 3Ti3O3m + 3 compounds / E. Jartych, T. Pikula, M. Mazurek [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. ― 2013. ― Vol. 342. ― P. 27‒34. DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.04.046.
17. Benedek, N. A. Understanding ferroelectricity in layered perovskites: new ideas and insights from theory and experiments / N. A. Benedek, J. M. Rondinelli, H. Djani [et al.] // Dalton Trans. ― 2015. ― Vol. 44. ― P. 10527‒10890. DOI: 10.1039/c5dt00010f.
18. Lomanova, N. A. Formation mechanism, thermal and magnetic properties (Bi1‒xSrx)m + 1Fem ‒ 3Ti3O3(m + 1) ‒ δ (m = 4‒7) ceramics / N. A. Lomanova, M. V. Tomkovich, V. L. Ugolkov [et al.] // Nanosystems: Phys. Chem. Math. ― 2018. ― Vol. 9, № 5. ― P. 676–687. DOI 10.17586/22208054201895676687.
19. Lomanova, N. A. The thermal behavior of mixedlayer Aurivillius phase Bi13Fe5Ti6O39 / N. A. Lomanova, I. V. Pleshakov, M. P. Volkov [et al.] // J. Therm. Anal. Calorim. ― 2018. ― Vol. 131. ― P. 473‒478. DOI: 10.1007/s10973-017-6366-5.
20. Ломанова, Н. А. Свойства фаз Ауривиллиуса в системе Bi4Ti3O12‒BiFeO3 / Н. А. Ломанова, М. И. Морозов, В. Л. Уголков [и др.] // Неорган. матер. ― 2006. ― Т. 42, № 2. ― С. 225‒231. DOI: 10.1134/S0020168506020142.
21. Морозов, М. И. Синтез соединений типа A m ‒ 1Bi2MmO3m + 3 в системе Bi4Ti3O12‒BiFeO3 / М. И. Морозов, В. В. Гусаров // Неорган. матер. ― 2002. ― Т. 38, № 7. ― С. 867‒874. DOI:10.1023/A:1016252727831.
22. Mazurek, M. A comparative study of hyperfine interactions in Aurivillius compounds prepared by mechanical activation and solid-state sintering / M. Mazurek, E. Jartych // Nukleonika. ― 2017. ― Vol. 62, № 2. ― P. 153‒157. DOI: 10.1515/nuka-2017-0023.
23. Bakunov, V. S. Intensification of polycrystalline oxide ceramic sintering / V. S. Bakunov, E. S. Lukin // Refract. Ind. Ceram. ― 2015. ― Vol. 56. ― P. 281‒285. DOI: 10.1007/s11148-015-9831-3. (Бакунов, В. С. Интенсификация процесса спекания поликристаллической оксидной керамики / В. С. Бакунов, Е. С. Лукин // Новые огнеупоры. ― 2015. ― № 6. ― С. 32‒36. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2015-6-32-36.)
24. Li, X. Visible light responsive Bi7Fe3Ti3O21 nanoshelf photocatalysts with ferroelectricity and ferromagnetism / X. Li, Z. Ju, F. Li [et al.] // J. Mater. Chem. A. ― 2014. ― Vol. 2. ― P. 13366‒13372. DOI: 10.1039/c4ta01799d.
25. Ломанова, Н. А. Формирование нанокристаллов Bim + 1Fem ‒ 3Ti3O3m + 3 (m = 4÷9) при термическом разложении соосажденных гидроксидов / Н. А. Ломанова, М. В. Томкович, А. В. Осипов [и др.] // Журн. неорган. хим. ― 2021. ― Т. 66, № 5. ― C. 658‒668. DOI: 10.31857/S0044457X21050093.
26. Bućko, M. M. Magnetic properties of the Bi7Fe3Ti3O21 aurivillius phase doped with samarium / M. M. Bućko, J. Polnar, J. Lis [et al.] // Adv. Sci. Tech. ― 2012. ― Vol. 77. ― P. 220‒224. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ast.77.220.
27. Almjasheva, O. V. The minimum size of oxide nanocrystals: phenomenological thermodynamic vs crystal-chemical approaches / O. V. Almjasheva, N. A. Lomanova, V. I. Popkov [et al.] // Nanosystems: Phys. Chem. Math. ― 2019. ― Vol. 10, № 4. ― P. 428‒437. DOI: 10.17586/2220-8054-2019-10-4-428-437.
28. Егорышева, А. В. Синтез высокочистого нанокристаллического BiFeO3 / А. В. Егорышева, Т. В. Кувшинова, В. Д. Володин [и др.] // Неорган. матер. ― 2013. ― Т. 49, № 3. ― С. 316‒320. DOI: 10.1134/S0020168513030035.
29. Lomanova, N. A. Synthesis and thermal properties of nano- and macro-crystalline ceramic materials based on Bi5FeTi3O15 / N. A. Lomanova // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 59, № 3. ― Р. 301‒305. https://doi.org/10.1007/s11148-018-0225-1. (Ломанова, Н. А. Синтез и термические свойства нано- и макрокристаллических керамических материалов на основе Bi5FeTi3O15 / Н. А. Ломанова // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 6. ― C. 29‒33. DOI: 10.17073/1683-4518-2018-6-29-33.)
30. Proskurina, O. V. Formation of nanocrystalline BiFeO3 during heat treatment of hydroxides coprecipitated in an impinging-jets microreactor / O. V. Proskurina, R. S. Abiev, D. P. Danilovich [et al.] // Chem. Eng. Process. ― Process Intensif. ― 2019. ― Vol. 143. ― P. 107598. DOI: 10.1016/j.cep.2019.107598.
31. Проскурина, О. В. Формирование наночастиц BiFeO3 с использованием струйного микрореактора / О. В. Проскурина, И. В. Ноговицин, Т. С. Ильина [и др.] // Журн. общ. хим. ― 2018. ― Т. 88, № 10.― С. 1699–1704. DOI: 10.1134/S0044460X18100189.
32. Dmitriev, А. V. Synthesis of hollow spheres of BiFeO3 from nitrate solutions with tartaric acid: Morphology and magnetic properties / А. V. Dmitriev, Е. V. Vladimirova, M. V. Kandaurov [et al.] // J. Alloys Compd. ― 2019. ― Vol. 777. ― P. 586‒592. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.387.
33. Gusarov, V. V. The thermal effect of melting in polycrystalline systems / V. V. Gusarov // Thermochim. Act. ― 1995. ― Vol. 256, № 2. ― P. 467‒472. DOI: 10.1016/0040-6031(94)01993-Q.
Supplementary files
For citation: Lomanova N.A. Synthesis and thermal behavior of nanoceramic material based on Bi13Fe5Ti6O39. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(6):25-30. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-6-25-30
Refbacks
- There are currently no refbacks.