Des scientifiques de l'Université fédérale de Sibérie (SFU) et de l'Académie des sciences de Russie ont utilisé une nouvelle méthode pour synthétiser le grenat fer-dysprosium. Les matériaux magnétiques de cette classe sont utilisés dans les équipements à micro-ondes et à photons magnétiques. Le grenat fer-dysprosium est peu étudié et peut avoir des propriétés inconnues auparavant. L'article a été publié dans Science et génie des matériaux .

Bien que la méthode de précipitation par échange de résine anionique soit connue depuis les années 1960, il n'a été utilisé que pour synthétiser les hydroxydes d'aluminium, chromé (III), fer (III), indium (III), et plusieurs autres composés. Aucune percée précieuse n'a été réalisée dans ce domaine au cours des 40 dernières années, et il n'y a presque pas de publications modernes à ce sujet. Une équipe de scientifiques sibériens a été la première à utiliser une résine échangeuse d'anions pour obtenir des systèmes d'oxydes complexes. Ce travail fait partie d'une série de publications préparées par les scientifiques de la SFU et de l'Académie des sciences de Russie.

« Notre laboratoire travaille depuis deux décennies sur la méthode de précipitation échangeuse de résine anionique applicable à différents systèmes, et en l'utilisant, nous avons obtenu des matériaux aux propriétés magnétiques, " a déclaré Svetlana Saikova, professeur du département de chimie inorganique de SFU, et docteur en chimie.

La précipitation par échange de résine anionique est une méthode de chimie dite « humide ». Le procédé se déroule à température ambiante et sous pression atmosphérique. Le produit est synthétisé à partir d'un mélange de solutions aqueuses de sels, mais à la place des agents de précipitation traditionnels (alcali ou ammoniac), une résine échangeuse d'anions est utilisée. C'est un polymère, une matrice insoluble sous la forme de petites microbilles (0,25-0,5 mm de rayon) piégeant les anions des sels initiaux.

La précipitation traditionnelle des métaux conduit souvent à la formation de dépôts lâches non cristallins (c'est-à-dire des particules finement dispersées sans aucune structure) qui sont difficiles à séparer de l'électrolyte affaissé. L'utilisation de résine échangeuse d'anions évite la pollution du produit par des cations. De plus, du fait que les anions du sel initial sont piégés par des billes de polymère, les scientifiques pouvaient obtenir des hydroxydes métalliques purs. De plus, la précipitation échangeuse de résine anionique a de bons résultats, les ions de la solution forment des composés insolubles ou passent à la phase sorbante.

Un autre avantage de cette méthode est qu'elle produit le produit dans des conditions contrôlées sans températures élevées ni substances agressives. Tous les produits de réaction sont générés en même temps, ce qui facilite leur interaction ultérieure.

En raison de la capacité d'optimiser la corrélation entre les substances en réaction, choisir la résine échangeuse d'ions, et, si nécessaire, pour ajouter des substances régulant le taux de précipitation au système, les scientifiques peuvent effectuer la synthèse avec des valeurs de pH fixes. C'est important, si le produit final doit avoir certaines propriétés, telles que les phases métastables ou actives ce qui est impossible lors d'affaissements alcalins réguliers en raison de l'effet de sursaturation locale.

Cette méthode est beaucoup plus pratique, moins cher, et mieux maîtrisé que la méthode de synthèse du grenat en phase solide utilisée aujourd'hui pour obtenir la majorité des composés structurés en grenat. Dans cette méthode, des mélanges finement broyés avec une composition particulière sont cuits à l'air ou sous vide à différentes températures. Compte tenu des propriétés requises du produit final, la température dans la plage de 1300-1350° est sélectionnée. De plus, pour que la composition soit homogène, le broyage et la cuisson sont effectués plusieurs fois.

Le dépôt obtenu au cours de la subsidence par échange d'anions est également traité à la chaleur. Cependant, il nécessite 700-900° et moins de temps de cuisson. Tous les produits sont subventionnés en même temps, les composants commencent à interagir sur le stade de réaction, et un traitement thermique ultérieur ne fait qu'augmenter la vitesse d'interaction. En raison de la forte activité des précurseurs nanométriques (substances qui participent à la réaction), les matériaux obtenus à l'aide de cette méthode peuvent avoir des propriétés inhabituelles.

En particulier, cette méthode a permis aux scientifiques de synthétiser une substance de formule Dy3Fe5O12, grenat fer-dysprosium. Les méthodes physiques ont montré que les dépôts étaient constitués de nanoparticules de 2 à 30 nm avec une structure cristalline. Les propriétés magnétiques du grenat ont été étudiées en utilisant le dichroïsme circulaire magnétique.

L'intérêt de ces substances est déterminé par le large éventail de propriétés physiques du grenat. Par exemple, almandin, fer naturel et grenat d'aluminium (Fe 3 Al 2 Si 3 O 12 ) est souvent utilisé dans les bijoux en raison de sa couleur cramoisie brillante et de sa dureté. De nombreux grenats ont des propriétés magnétiques, également. En particulier, aluminium-yttrium (Y 3 Al 5 O 12 ) et les grenats fer-yttrium (Y3Fe5O12) sont largement répandus et assez bien étudiés. Ils sont largement utilisés comme composants de dispositifs à micro-ondes, circulateurs, commutateurs de phase, dispositifs à photons magnétiques et isolants. Les nanocristaux de ces matériaux jouent un rôle énorme dans la production de matériaux magnétiques. Les auteurs ont étudié les propriétés magnétiques du grenat fer-dysprosium et ont découvert qu'elles changeaient si l'yttrium était remplacé par du dysprosium. Le groupe prévoit une étude approfondie des grenats avec l'yttrium remplacé par d'autres éléments de terres rares.