Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Магниторезистивные стеклокерамические композиты на основе манганитов лантана-стронция

Диссертация: Магниторезистивные стеклокерамические композиты на основе манганитов лантана-стронция
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору Казину П. Е., коллективу лаборатории неорганического материаловедения под руководством академика Третьякова Ю. Д., Трусову JI.A. за исследования на растровом электронном микроскопе, Филипповой Т. В. за проведение экспериментов по рентгеновской дифракции, Кушниру С. Е. за обучение работе на термоанализаторе, студентам… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Введение
    • 1. 1. Цель работы
    • 1. 2. Научная новизна работы
    • 1. 3. Практическая ценность работы
  • 2. Обзор литературы
    • 2. 1. Свойства манганитов
      • 2. 1. 1. Кристаллическая структура
      • 2. 1. 2. Магнитные свойства
    • 2. 2. Модели колоссального магнитосопротивления
      • 2. 2. 1. Обменное взаимодействие
      • 2. 2. 2. Электрон-фононное и электрон-электронное взаимодействия
      • 2. 2. 3. Магнитопримесная теория
      • 2. 2. 4. Модель одноэлектронного о-связывания
    • 2. 3. Магнитосопротивление. Основные понятия. Классификация
      • 2. 3. 1. Материалы с KMC
      • 2. 3. 2. Туннельное магнитосопротивление
    • 2. 4. Основные методы получения манганитов
      • 2. 4. 1. Керамический метод
      • 2. 4. 2. Золь-гель метод
      • 2. 4. 3. Получение тонкопленочных материалов
    • 2. 5. Синтез стеклокерамических материалов на основе манганитов
      • 2. 5. 1. Стёкла
      • 2. 5. 2. Структура оксидных стёкол
      • 2. 5. 3. Процесс стеклования
      • 2. 5. 4. Кристаллизация стекла
      • 2. 5. 5. Стеклокерамика, полученная спеканием
      • 2. 5. 6. Система Ьа203−8г0-Мп0х-В
      • 2. 5. 7. Система Ьа203−8г0-Мп0х-8Ю2-В
      • 2. 5. 8. Система Ьа203-Са0-Мп0х-8Ю2-В
    • 2. 6. Постановка задачи исследования
  • 3. Экспериментальная часть
    • 3. 1. Общая схема работы
    • 3. 2. Реактивы и материалы
    • 3. 3. Получение образцов стекол
      • 3. 3. 1. Устройство плазменной дуговой горелки (плазмотрона)
    • 3. 4. Получение стеклокерамики в системах Ьа20з-8г0-Мп0х-В20з и ЬагОз-ЗЮ-МпОх-8Ю
    • 3. 5. Получение стеклокерамики в системе Ьа2Оз-8гО-МпОх-В2Оз с избытком оксида марганца
    • 3. 6. Методы исследования
      • 3. 6. 1. Рентгенофазовый анализ
      • 3. 6. 2. Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ
      • 3. 6. 3. Дифференциальный термический анализ и термогравиметрия
      • 3. 6. 4. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
      • 3. 6. 5. Магнитные измерения в постоянных полях
      • 3. 6. 6. Магнитные измерения в переменных полях
      • 3. 6. 7. Измерения сопротивления и магнитосопротивления в постоянных магнитных полях
  • 4. Обсуждение результатов
    • 4. 1. Химический состав исходных стёкол
    • 4. 2. Изучение склонности составов к стеклообразованию
      • 4. 2. 1. Аморфизованные образцы {Ьаол8го.зМпОз + 8гзВ20б}, {Ьао.78го.зМпОз + 8г2В205}- {Ьао, 78го, зМпОз + ш 8гВ204}
      • 4. 2. 2. Аморфизованные образцы {Ьа^Бго^МпОз + п (2ЬаВОз+8гВ204}, {Ьао, 78го, зМпОз + БгБЮз}
      • 4. 2. 3. Аморфизованные образцы {к Ьа^Бго^МпОз + (Мп0х+28гВ204)}
    • 4. 3. Получение стеклокерамики состава {Ьао, 781−0,3Мп03 + 1,2 вгВгС^}
    • 4. 4. Стеклокерамика составов {Ьао.78го.зМпОз + 8гзВ20б}, {Ьао.78го.зМпОз + ЭггВгОб}
    • 4. 5. Стеклокерамика составов {Ьао, 78го, зМпОз + т 8гВ2С>4}
    • 4. 6. Стеклокерамика ЬавдЭго^МпОз + п (2ЬаВ0з+8гВ204)
      • 4. 6. 1. Кристаллизация аморфизованных образцов
    • 4. 7. Система Ьа2Оз-8гО-МпОх-8Ю
    • 4. 8. Стеклокерамика составов {к Ьао, 78го>зМп03 + (Мп0х+28гВ204)}
    • 4. 9. Выводы
  • 5. Благодарности

Магниторезистивные стеклокерамические композиты на основе манганитов лантана-стронция (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Манганиты лантана-стронция вблизи температуры Кюри способны сильно менять электрическое сопротивление в приложенном магнитном поле [1], это так называемый эффект колоссального магнитосопротивления (KMC), величина которого зависит от степени замещения La на Sr в частицах LSMO [2] и от размера частиц манганита [3]. Такие материалы являются перспективными для изготовления различных магниточувствительных датчиков. Величина общего эффекта магнитосопротивления вблизи температуры Кюри в первую очередь определяется KMC. Если между проводящими частицами манганита имеются диэлектрические прослойки толщиной в единицы нанометров [4], то такой материал в дополнение обладает туннельным магнитосопротивлением (ТМС). Значение ТМС можно увеличить за счет утолщения диэлектрических прослоек, но до определенного значения, при превышении которого невозможно протекание перколяционных токов.

Одним из вариантов получения подобных материалов может быть кристаллизация манганита в многокомпонентном оксидном стекле. В результате может образоваться стеклокерамический композит, в котором зерна манганита находятся в аморфной или кристаллической боратной матрице и разделены диэлектрическими прослойками матричных фаз. Попытки синтеза такой стеклокерамики, обладающей магниторезистивными свойствами, предпринимались ранее в работах [5−10]. Однако авторы получали композиты лишь сильно ограниченного числа составов, а свойства этих материалов систематически не исследовались. Авторы не пытались также дойти до порога перколяции путем увеличения количества непроводящих добавок.

Стеклокерамическая технология, в которой композит, содержащий кристаллическую магниторезистивную фазу манганита, получается путем термокристаллизации плотного аморфного материала — стекла, выступает альтернативой более дорогой тонкопленочной технологии, в которой. магниторезистивный материал создается в виде пленки или гетерослоев на подложке. Кроме того, в стеклокерамических материалах стеклообразующие и модифицирующие оксиды образуют диэлектрические прослойки между частицами LSMO, что приводит к увеличению туннельного эффекта магнитосопротивления и, как следствие, к получению материала с высокими значениями общего магнитосопротивления в широком интервале температур.

Присутствие ферримагнитного оксида марганца в стеклокерамическом композите совместно с манганитом может существенно изменять функциональные характеристики и привести к появлению гистерезиса магнитосопротивления. Такие композиты могут применяться в качестве материалов с эффектом «памяти» сопротивления.

В данной работе проведен синтез манганитсодержащих материалов путем кристаллизации оксидных стекол и их исследование с целью изучения влияния исходного состава оксидной шихты и условий термообработки на фазовый состав, микроструктуру, намагниченность и магнитосопротивление получаемого материала.

1.1. Цель работы.

Методом кристаллизации оксидного стекла, путем варьирования составов и условий их термообработки, синтезировать композиты на основе манганитов с широким спектром магниторезистивных свойств. Определить взаимосвязи: состав, условия получения — микроструктура — магниторезистивные свойства.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

• получить аморфизованные оксидные прекурсоры путем закалки расплавов в системах Ьа2Оз-8гО-МпОх-В2Оз и Ьа2Оз-8гО-МпОх-8Ю2, исследовать их склонность к стеклообразованиюизучить особенности кристаллизации стекол при их термической обработке и определить условия образования магнитных оксидов;

• синтезировать магниторезистивные образцы путем соответствующей термической обработки аморфизованных предшественников;

• изучить магниторезистивные свойства и микроструктуру полученных композитов, определить их взаимосвязь с составом исходного стекла и условиями термообработкиВ качестве объектов исследования выступают образцы стёкол и стеклокерамики в системах Ьа203−8г0-Мп0х-В203 и Ьа203−8г0-Мп0х-8Ю2.

4.9. Выводы.

1. Закалкой оксидных расплавов получены образцы стекол в системах La203-Sr0-Mn0x-В2О3 и La203-Sr0-Mn0x-Si02. Выявлено, что кристаллизация манганита из стекол, полученных в системах La203-Sr0-Mn0x-B203 и La203-Sr0-Mn0x-Si02 происходит в основном в интервале температур 800−900°С. I.

2. Установлено, что изменением состава стекла и условий последующей термообработки можно существенно влиять на морфологию частиц. Повышение температуры отжига стеклокерамики, а также уменьшение содержания стеклообразующих оксидов приводит к увеличению размера частиц манганита в стеклокерамике (диапазон размеров получаемых частиц от 200 нм до 10 мкм). Варьируя оба этих фактора, был получен ряд композитов с магнитосопротивлением до 15.6% в приложенном магнитном поле 160 кА/м (2000 Э) при 77 К, и материалы с магниточувствительностью до 0.49%/кА/м (0,039%/Э) при комнатной температуре.

3. Найдены составы и определены условия их термообработки, для которых соотношение вкладов ТМС и KMC приводят к малой температурной зависимости магнитосопротивления. Получены образцы стеклокерамики со значительными величинами магниторезистивного эффекта в широком температурном интервале. Магнитосопротивление составляло более 3.2% в поле 80 кА/м (1000 Э) в интервале температур от 5 до 290 К.

4. Кристаллизаций аморфизованных образцов, содержащих в своем составе избыток марганца, впервые синтезированы композиты с необратимостью магнитосопротивления в магнитных полях до 1600 кА/м (20 000 Э). Разница в магнитосопротивлении при приложении и снятии магнитного поля составляла до 1.6% в полях 8 кА/м (100 Э).

5. Благодарности.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору Казину П. Е., коллективу лаборатории неорганического материаловедения под руководством академика Третьякова Ю. Д., Трусову JI.A. за исследования на растровом электронном микроскопе, Филипповой Т. В. за проведение экспериментов по рентгеновской дифракции, Кушниру С. Е. за обучение работе на термоанализаторе, студентам Факультета наук о материалах Елисееву A.A. и Визгалову В. А. за помощь в работе. Автор особо благодарен своему наставнику Зайцеву Д. Д., а также всем родным и близким.

Показать весь текст

Список литературы

  1. О.Ю., Босак А. А. Магнетосопротивление манганитов в слабых магнитных полях и его применение // Сенсор. 2002. V.2. Р.2844.
  2. Kameli P., Salamati H., Aezami A. Influence of grain size on magnetic and transport properties of polycrystalline Lao.8Sro.2Mn03 manganites // Journal of Alloys and Compounds. 2008. V.450. P.7−11.
  3. Sirena M., Granada M., Steren L.B., Guimpel J. Metal/insulator manganite multilayers // Physica B. 2002. Y.320. P.172−174.
  4. Gupta S., Ranjit R., Mitra C., Raychaudhuri P., Pinto R. Enhanced room-temperature magnetoresistance in Lao.7Sro.3MnC>3-glass composites // Applied Physics Letters. 2001. V.78. P.362−364.
  5. Mtiller R., Schiippel W., Eick T. LaSr-manganate powders by crystallization of a borate glass // JMMM. 2000. V.217. P.155.
  6. Muller R., Eick Т., Steinmetz H., Steinbei E. LaSr-manganate powders and bulk material by crystallization of a glass //Journal of the European Ceramic Society. 2001. V.21. P.1941−1944.
  7. Das D., Chowdhury P., Das R.N., Srivastava C.M., Nigam A.K., Bahadur D. Solution solgel processing and investigation of percolation threshold in La2/3Cai/3Mn03:xSi02 nanocomposite II JMMM. 2002. V.238. P.178−184.
  8. Staneva A., Gattef E., Dimitriev Y., Mikhov M., Geshev J. Magnetic materials containing LaSr manganite phase // Solid State Sciences. 2004. V.6. P.47−51.
  9. Nayak B.B., Vitta S., Bahadur D., Nigam A.K. Structure and properties of La-Ca-Mn-0 composites prepared by the glass-ceramic method // Materials Science and Engineering B. 2004. V.113. P.50−55.
  10. Г. Основы кристаллохимии неорганических соединений // М., Мир. 1971.
  11. Dagotto Е. Nanoscale Phase Separation and Colossal Magnetoresistance // Springer-Verlag. 2002.
  12. Ramirez A.P. Colossal magnetoresistance // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V.9. P.8171.
  13. Raveau В., Maignan A., Martin C., Hervieu M. Colossal Magnetoresistance Manganite Perovskites: relations between Crystal Chemistry and Properties // Chem. Mater. 1998. V.10. P.2641.
  14. Gor’kova L.P., Kresin V.Z. Mixed-valence manganites: fundamentals and main properties // Physics Reports. 2004. V.400. P.149−208.
  15. Dyakonov V., A. S'lawska-Waniewska, N. Nedelko, E. Zubov Magnetic, resonance and transport properties of nanopowder of LaojSrojMnOa manganites // JMMM. 2010. V.322. P.3072−3079.
  16. Steenbeck K. H.R., Revcolevschi A. and Pinsard-Gaudart L. Magnetic anisotropy in La0.7(Sr, Ca)0.3Mn03 epitaxial thin films and crystals // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1999. Y.562. P.57−62.
  17. K. Steenbeck R.H., A. Revcolevschi, et al. Soc. Symp. Proc. // 1999. V.57. P.562.
  18. Mahendiran R., Tiwary S.K., Raychaudhuri A.K., Ramakrishnan T.V. Structure, electron-transport properties, and giant magnetoresistance of hole-doped ЬаМпОз systems // Phys. Rev. B. 1995. V.53. P.3348−3358.
  19. Tokura Y., Tomioka Y. Colossal magnetoresistive manganites // JMMM. 1999. V.200. P. l-23.
  20. Vertruyen В., Fagnard J.-F., Vanderbemden P.', Ausloos M., Rulmont A., Cloots R.
  21. Electrical transport and magnetic properties of МпзС)4-Ьао.7Сао.3МпОз ceramic composites$prepared by a one-step spray-drying technique // Journal of the European Ceramic Society. 2007. V.27. P.3923−3926.
  22. Zener C. Interaction between the d shells in the transition metals // Phys. Rev. B. 1951. V.81. P.440−444.
  23. C.Zener, 0 P- Interaction between the d shells in the transition metals II. Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure // Phys. Rev. 1951. V.82. P.403.
  24. P.W.Anderson H.H. Considerations on Double Exchange // Phys. Rev. 1955. V.100. P.675−681.
  25. Millis A.J., littlewood P.B., Sherman B.I. Double exchange alone does not explain the resistivity ofLai-xSrxMn03 II Phys. Rev. Lett. 1995. V.74. P.5144−5147.
  26. Millis A.J. Cooperative Jahn-Teller effect and electron-phonon coupling in Lai. xAxMnC>3 // Phys. Rev. B. 1996. V.53. P.8434−8441.
  27. Ziese M. Extrinsic magnetotransport phenomena in ferromagnetic oxides // Rep. Prog. Phys. 2002. V.65. P.143−249.
  28. Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные полупроводники с гигантским магнитосопротивлением // Yen. Физ. Наук. 1996. V.166. Р.833−858.10 629.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?