Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Проведен регресионный анализ процесса синтеза порошкообразных гексаферритов бария с диамагнитным замещением. Определены оптимальные технологические параметры для синтеза методом твердофазных реакций: i. Фактор концентрации исходных компонентов при синтезе Ba(Fe1-хDx)12O19 должен подбираться индивидуально для каждого случая диамагнитного замещения с учетом ионного радиуса (близость ионных радиусов ионов-заместителей к ионному радиусу трехвалентного железа); конфигураций электронных оболочек и зарядового упорядочения иона-заместителя. Предпочтительно использование изовалентнон замещенте диамагнитными ионами с пустыми d-орбиталями и близкими по величине ионным радиусом. Концентрацию ионов-заместителей лучше всего выбирать в диапазоне замещения до 10-15 ат.%. что бы предотвратить процесс фрустрации магнитной структуры с разрушением дальнего порядка обменных взаимодействий. ii. Фактор температуры синтеза указывает, что для синтеза методом твердофазной реакции порошков гексаферрита бария Ba(Fe1-хDx)12O19 следует учитывать коэффициент диффузии иона-заместителя, относительно коэффициента диффузии ионов железа. Температура синтеза при диамагнитном замещении должна находиться в диапазоне 1000 1300оС, при увеличении концетрации ионов-заместителей, требуется учитывать кинетику фазообразования при расчете конкретной модели для оптимизации температурного интервала. iii. Фактор времени гомогенизации и механической активации (смешивание и размол) смеси исходных компонентов в процессе синтеза Ba(Fe1-хDx)12O19 не является лимитирующим (на основе регрессионного анализа). iv. Фактор продолжительность синтеза как и фактор температуры является лимитирующим фактором для получения однофазных образцов Ba(Fe1-хDx)12O19. На основе регрессионного анализа можно сделать вывод, что для синтеза незамещенных образцов следует использовать продолжительность не менее 6 часов, а для образцов гексаферритов бария с диамагнитным замещением Ba(Fe1-хDx)12O19 для получения более качественной керамики возможно увеличение продолжительности до 10 часов. 2. Отработан процесс синтеза порошкообразных гексаферритов бария с заданным составом и варьируемым размером зерен золь-гель методом. Для исследования эволюции микроструктуры и магнитных свойств в зависимости от температурных воздействий, образцы подвергались ступенчатому отжигу в диапазоне 600-1100 С (с шагом 100 С градусов). Исследована корреляция условий получения микроструктуры и магнитных свойств образцов синтезированных образцов. Установлено увеличением среднего размера кристаллита 31 до 541 нм при увеличении температуры ступенчатого отжига от исходного образца до 1100°С. Рассчитана удельная площадь поверхности (SSA) синтезированного образца и образцов после ступенчатых отжигов при температурах 600 - 1100°C. Отработаны процессы синтеза порошкообразных гексаферритов бария с заданным составом методом твердофазных реакций - Ba(Fe1-xDx)12O19. Установлена корреляция между химическим составом, микроструктурой и магнитными свойствами исследованных образцов. Нелинейное поведение удельной намагниченности для Ba(Fe1-xScx)12O19 (x<0,1) может быть результатом трех основных факторов: i. фрустрация магнитной структуры; II. особенности распределения ионов Sc3+ в различные анионные координации; III. незначительное отклонение от строгой коллинеарности в направлении векторов магнитного момента. Установлена корреляция между степенью концентрационного замещения ионами скандия на микроволновые характеристики (коэффициент отражения) замещенных гексаферритов в области естественного ферромагнитного резонанса. Отмечена сильная взаимосвязь между химическим составом образцов и основными амплитудно-частотными характеристиками. 3. Синтезированы композиционные материалы (КМ) типа "полимер/феррит" с варьируемой концентрацией магнитного наполнителя в КМ: изготовлено 3 партии образцов на основе диспергированных ферритов в полимерную матрицу с варьируемой концентрацией магнитного наполнителя в КМ. Первая партия КМ представляла собой образцы Ba(Fe0,9Ga0,1)12O19 в эпоксидной смоле (ЭС) или BFGO-0,1/ЭС с фиксированным химическим составом магнитного наполнителя (Ga3+, х=0,1) и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 10 до 50 масс. %). Вторая партия КМ представляла собой Lі0.15(Nі0.5Zn0.5)0.7Fe2.15O4/ЭС (или LNCFO/ЭС) c фиксированным химическим составом магнитного наполнителя и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 20 до 50 масс. %). Третья партия КМ представляла собой образцы Ba(Fe0.975Al0.025)12O19 в матрице PVDF или BFAO-0,025/PVDF с фиксированным химическим составом магнитного наполнителя (Al3+, х=0,025) и варьируемой концентрацией магнитного наполнителя и варьированием химического состава магнитного наполнителя (от 20 до 80 масс. %). Исследована корреляция между концентрацией магнитного наполнителя в КМ и их магнитных и микроволновых характеристик. Отмечено, что магнитные и микроволновые находятся в прямой зависимости от концентрации магнитного наполнителя, типа феррита и типа полимерной матрицы. 4. Синтезированы композиционные материалы (КМ) типа "полимер/феррит" с варьируемым химическим составом магнитного наполнителя Ba(Fe1-xGax)12O19 в ЭС с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (30 масс. %) и варьированием химического состава магнитного наполнителя Ba(Fe1-xGax)12O19 (0 < x < 0,1). Исследована корреляция между химическим составом магнитного наполнителя в КМ и их магнитными и микроволновыми характеристик. 5. Опубликованы 4 научные статьи, три из которых входят в первый квартиль по научному направлению (Q1).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Разработана методика синтеза КМ типа "hard/soft феррит". Были синтезированы наноструктурированные КМ двух видов: 1. КМ с варьируемым соотношением hard и soft фаз - SFO/xCoTmTb; и SrBaSmFe/x(NiZnFe) где 0.0 ≤ x ≤ 3.0; 2. КМ с варьируемым химическим составом soft фазы - SFO/MCFO, где M=Cu, Ni, Mn, Co and Zn. Синтез КМ типа "hard/soft феррит" был осуществлен по одной технологии – золь-гель методом. Разработана методика синтеза анизотропных КМ типа "феррит/полимер". Были синтезированы КМ двух видов: 1. КМ, состоящие из порошка гексаферрита (ВаМ-Ga), диспергированного в полимерную матрицу эпоксидной смолы (ЭС); и 2. КМ, состоящие из порошка гексаферрита (ВаМ-Al) в полимерной матрице поливинилиденфторида (PVDF). Для установление влияния магнитного поля на магнитные и микроволновые свойства анизотропные КМ были синтезированы во внешнем магнитном поле (0,86 Тл). 2. Исследованы магнитные характеристики в виде полевых зависимостей удельной намагниченности для КМ "hard/soft феррит" SFO/x(CoTmTb), SrBaSmFe/x(NiZnFe) (1,0 ≤ x ≤ 3,0) и SFO/MCFO в широком диапазоне полей при температурах 10 и 300К Установлены особенности влияния концентрации и состава soft фазы, температуры на основные магнитные характеристики (намагниченность насыщения, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила) и формирование обменной связи между hard и soft фазами в КМ. Для КМ с варьируемым составом soft фазы SFO/MCFO установлена корреляция между удельным магнитным моментом ионов в А-подрешетке и тенденцией изменения их магнитных характеристик. Исследованы анизотропные КМ ВаМ-Ga/ЭС с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (30 масс. %) в различных ориентациях. Установлено, что зависимости M(В) для КМ, которые синтезированы без поля, были практически идентичными для взаимно перпендикулярных ориентаций образца. Соотношение прямоугольности петли для КМ-B0 (синтез без поля) подтверждает отсутствие преимущественной ориентации магнитного наполнителя. Для КМ, синтезированных в магнитном поле показано принципиальное различие магнитных свойств в различных ориентациях. Максимальные значения отмечены для КМ при ориентации поля, соответствующей ориентации поля при синтезе. Установлено влияние химического состава гексаферрита (концентрация галлия), магнитного поля в процессе синтеза и ориентациии образца при измерении на основные магнитные характеристики. Исследованы анизотропные КМ BaM-Al/PVDF с фиксированной концентрацией магнитного наполнителя (85 масс. %) в различных ориентациях. во внешнем магнитном поле и без него в различных ориентациях. Отмечено, что синтез КМ данного вида во внешнем магнитном поле не привел к изменениям магнитных параметров, в различных ориентациях. Это позволяет сделать вывод об отсутствии влияния магнитного поля в процессе синтеза на изменение степени анизотропии свойств для КМ, сформированных методом термопрессования. Показана целесообразность формирования анизотропных КМ на основе полимерных матриц с низкой вязкостью и относительно невысокими концентрациями магнитных порошкообразных наполнителей. Исследованы микроволновые характеристики (частотные дисперсии действительной и мнимой частей диэлектрической и магнитной проницаемостей) для КМ "hard/soft феррит" SFO/x(CoTmTb), SrBaSmFe/x(NiZnFe) (1,0 ≤ x ≤ 3,0) и SFO/MCFO в широком диапазоне частот. Установлены механизмы энергетических потерь, определены частотные диапазоны существования данных механизмов и отмечены частоты трансформации механизмов. Проанализировано влияние концентрации и химического состава soft фазы на поведение диэлектрической и магнитной проницаемости. На основе анализа частотных дисперсий основных микроволновых характеристик КМ "hard/soft феррит" рассчитаны коэффициенты отражения. Показано, что лимитирующим фактором, определяющим особенности микроволновых характеристик для КМ с варьированием состава soft фазы - является А-катион в структуре soft фазы, что обусловлено: i. различием в конфигурации электронных оболочек и радиусов ионов; II. особенности транспорта носителей заряда в режиме переменного тока в композитах с различной микроструктурой. Исследованы микроволновые характеристики анизотропных КМ BaM-Ga-0,6/ЭС где концентрация магнитного наполнителя составляла 30 и 60 масс. %, а образцы были сформированы как в магнитном поле, так и без поля. Проанализированы частотные зависимости коэффициентов пропускания, отражения и поглощения. Микроволновые характеристики (при 29 ГГц) показывают, что существенные изменения ktr с увеличением BaM-Ga-0,6 от 30 до 60 масc. % обусловлены особенностями отражения ЭМИ. Установлено влияние магнитного поля в процессе синтеза КМ, что выражено в увеличении отношения «отражение/поглощение» в 6 раз для КМ с 30 масс. %. Это показывает принципиальную возможность формирования высокоанизотропных КМ. Установлено, что для КМ с 60 масc. % вклад упорядочения частиц наполнителя в изменение микроволновых характеристик снижается, что можно объяснить сложностью механического движения частиц гексаферрита в КМ с высокими степенями наполнения. По мере увеличения содержания BaM-Ga0,6 в композите действие магнитного поля (т.е. эффект упорядочения частиц наполнителей) нивелируется. 3. Разработана методика и синтезированы КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с различными типами наноразмерных производных углерода (нанопластинки, нанотрубки). В качестве полимера был использован PVDF. В качестве феррита был использован гексаферрит BaM-Al. Концентрация гексаферрита в PVDF была фиксированной и составляла 85 масс.%. В качестве наноуглерода были использованы многослойные углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные нанопластинки или терморасширенный графит (ТРГ). Концентрация УНТ и ТРГ в КМ также была фиксированной и составляла 5 масс.% от концентрации BaM-Al. Процесс синтеза КМ BaM-Al/PVDF/УНТ и BaM-Al/PVDF/ТРГ был выполнен путем термопрессования механически смешанных исходных порошков PVDF, BaM-Al и УНТ/ТРГ в указанных пропорциях. Процесс смешивания происходил в две стадии. На первой стадии смешивались порошки BaM-Al и и УНТ/ТРГ. На второй стадии происходило перемешивание смеси BaM-Al/УНТ/ТРГ с PVDF в заданных пропорциях. Смешанные в стехиометрическом соотношении порошки помещали в пресс-форму и термически спрессовывались при Р= 5 МПа; Т= 250С; t= 20 мин. 4. Проведены исследования магнитных характеристик образцов КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с фиксированным содержанием ВаМ-Al (85 масс.%) и различными типами наноразмерных производных углерода (5 масс.%) – УНТ и ТРГ. Установлено, что магнитные свойства КМ обусловлены влиянием фазы ВаМ-Al. Показано, что добавление УНТ или ТРГ привело к снижению Ms и Mr в КМ. Отмечено, что основные магнитные характеристики BaM-Al/PVDF/УНТ и Al/PVDF/ТРГ ниже, чем для BaM-Al/PVDF. Установлено, что магнитные характеристики для BaM-Al/PVDF/УНТ ниже, чем для Al/PVDF/ТРГ. Показано влияние типа наноразмерных углеродных производных в КМ на HС и Sq. Для КМ с квазиодномерными углеродными нанопроизводными (УНТ) коэффициент Sq (0,46) и величина HС (0.081 Тл) значительно ниже, чем при использовании квазидвумерных углеродных нанопроизводных (ТРГ), где коэффициент Sq (0,50) и величина HС (0.31 Тл) практически соответствуют значениям КМ BaM-Al/PVDF. Проведены измерения электропроводности на переменном токе (σAC) в зависимости от частоты при комнатной температуре для образцов BaM-Al, КМ BaM-Al/PVDF, BaM-Al/PVDF/УНТ и BaM-Al/PVDF/ТРГ. Отмечено, что с ростом частоты от 500 Гц до 1 МГц проводимость BaM-Al изменялась незначительно, в то время, как проводимость КМ BaM-Al/PVDF в том же частотном диапазоне изменялась практически на 2 порядка величины. Объяснение представлено в рамках модели Купа в приближении поляризации пространственного заряда. Отмечено резкое увеличение электропроводности (более чем на 7 порядков) КМ при добавлении УНТ и ТРГ, что обусловлено высокой электропроводностью наноуглерода. Показано, что в зависимости от типа наноразмерных углеродных производных (УНТ или ТРГ) электрические характеристики КМ значительно отличаются. Для более детального анализа и формирования модели, объясняющей природу влияния формы углеродных нанопроизводных в рамках классической перколяционной теории требуется анализ поведения концентрационных зависимостей. 5. Было опубликовано 6 статей по теме исследования со ссылкой на грант. 5 статей опубликованы в журналах Q1.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Разработана методика формирования и синтезированы КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с общей формулой BaM-Al/PVDF/УН(ТП) с варьируемыми концентрациями наноразмерных производных углерода (нанотрубки – УНТ и нанопластинки УНП). Концентрация Al-замещенного феррита (BaM-Al) в полимере (PVDF) была фиксированной (85 масс.%), концентрация УНТ/УНП в КМ варьировалась от 2,5 до 7,5 масс.% от массы ВаМ-Al. Методика формирования КМ представляла собой процесс термопрессования с двухстадийным смешиванием исходных порошков в заданных пропорциях. Условия синтеза: Р=5 МПа; Т=190С; t=15 мин. Проведены микроструктурные исследования методом СЭМ Результаты показали равномерность распределения исходных компонентов в КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" с варьируемыми концентрациями наноуглерода. 2. Проведены исследования магнитных и электрических характеристик исследуемых образцов в зависимости от концентрации наноразмерных производных углерода. Показано, что добавление УНП и УНТ привело к снижению магнитных параметров BaM-Al/PVDF/УНП и BaM-Al/PVDF/УНТ по сравнению с BaM-Al/PVDF. Отмечено, что образцы BaM-Al/PVDF/УНП с различной концентрацией УНП не выходят в состояние магнитного насыщения даже при 2 Тл. А образцы BaM-Al/PVDF/УНТ с различной концентрацией УНТ насыщаются в полях до 1 Тл. Увеличение концентрации как УНП, так и УНТ от 2,5 до 7,5 масс.% привело к снижению намагниченности насыщения Ms и остаточной намагниченности Mr (кроме КМ с 7,5 масс.% УНП). в котором эти значения оказались выше. Это обусловлено снижением содержания магнитного материала на единицу массы исследуемого КМ и ослаблением интенсивности обменных взаимодействий в КМ с ростом их концентрации наноуглерода. КМ на основе УНТ по сравнению с КМ на основе УНП имеют меньшие величины коэрцитивной силы (Hc) и Ms. Проведены исследования электрических характеристик (частотные зависимости удельной электропроводности - σAC) BaM-Al/PVDF/УНП и BaM-Al/PVDF/УНТ с различной концентрацией УНП/УНТ (2,5 - 7,5 масс.%) в диапазоне частот до 1 МГц. Установлено, что добавление УНП/УНТ в BaM-Al/PVDF привело к значительному увеличению σAC за счет высокой концентрации и подвижности носителей заряда углеродной фракции. Влияние увеличения концентрации УНП от 2,5 до 7,5 % на электрические свойства проявляется в увеличении σAC в 3,5-3,7 раза в диапазоне 500 Гц - 100 кГц. Показано, что значение σAC для BaM-Al/PVDF/УНТ больше для BaM-Al/PVDF/УНП. Для BaM-Al/PVDF/УНТ-2,5% максимальное значение σAC при 500 Гц (1,13 См/см) практически в 5 раз превышает значение σAC BaM-Al/PVDF/УНП-2,5% (0,23 См/см), достигая значения 1,13 См/см. При добавлении 5 масс.% УНТ максимальное значение σAC при 500 Гц (1,3 См/см) практически в 2 раза превышает σAC для BaM-Al/PVDF/УНП-5% (0,67 См/см). А при добавлении 7.5 масс.% УНТ максимальное значение σAC при 500 Гц (1,48 См/см) практически в 1,7 раза превышает σAC для BaM-Al/PVDF/УНП-7,5% (0,84 См/см). Это можно объяснить тем, что УНТ также характеризуется высокими концентрацией и подвижностью носителей заряда, но в отличии от квази-двумерных УНП может формировать большее количество контактов (за счет трехмерного перекрытия) в рамках углеродных электропроводящих цепочек. 3. Проведены исследования электромагнитных характеристик КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" в условиях воздействия внешних постоянных магнитных полей. Проанализированы результаты исследования частотных зависимостей коэффициента пропускания (ktr), коэффициента отражения (kref), коэффициента поглощения (kabs) для изотропного КМ BaM-Ga/ЭС/УНТ-В0 (синтез без магнитного поля) и анизотропного КМ BaM-Ga/ЭС/УНТ-В+ (синтез в магнитном поле) в СВЧ-диапазоне. Показаны различия электромагнитных характеристик КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" в зависимости от условий синтеза (В0 и В+). Установлено, что введение 1% УНТ в КМ "полимер/феррит" приводит к значительному увеличению ktr, kref и kabs за счет синергии электрических и магнитных потерь. Установлены и объяснены различия электромагнитных свойств КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит", синтезированных в поле и без поля. Исследовано влияние внешнего постоянного магнитного поля (до 5 кЭ), приложенного в процессе исследования электромагнитных характеристик КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит" в области ЕФМР (50-53 ГГц). Проанализированы полевые зависимости Арез и Fрез для BaM-Ga/ЭС/УНТ, синтезированных с полем (В+) и без поля (В0). Установлено, что магнитное поле приложенное в процессе исследований изменяет Арез BaM-Ga/ЭС/УНТ-В+ и BaM-Ga/ЭС/УНТ-В0. Увеличение напряженности магнитного поля снижает резонансную амплитуду для исследуемых КМ. Можно сделать вывод, что электромагнитные характеристики КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер" (на примере BaM-Ga/ЭС/УНТ) чувствительны ко внешним магнитным полям, приложенным как процессе синтеза (с формированием анизотропных материалов), так и в процессе исследования АЧХ в области ЕФМР. Следует отметить, что электромагнитные характеристики анизотропных КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер" наиболее чувствительны к воздействию внешних магнитных полей по сравнению с изотропными КМ. 4. Разработана модель, объясняющая природу взаимодействия ЭМИ с КМ типа "полимер/наноуглерод/феррит". Рассмотрены два случая: 1. Взаимодействие КМ с ЭМИ в СВЧ области без резонансного поглощения; 2. Взаимодействие КМ с ЭМИ в области ЕФМР. Модель, можно обобщить в рамках следующих выводов: Введение 1% УНТ в КМ BaM-Ga/ЭС приводит к значительному увеличению (по модулю) средних значении ktr, kref и kabs (не в области ЕФМР) за счет усиления электрических потерь в КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер" (основной вклад – кондуктивные потери). Установлено, что имеются различия в основных электромагнитных характеристиках КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер", синтезированных в поле и без поля. Это может быть обусловлено различием степени равномерности распределения УНТ в КМ (при В0 и В+), и как следствие увеличением электрических потерь в КМ, синтезированных без поля. АЧХ в области ЕФМР для КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер" чувствительны к внешним магнитным полям, приложенным как процессе синтеза (с формированием анизотропных материалов), так и в процессе исследования частотных зависимостей коэффициента отражения. Электромагнитные характеристики КМ данного типа наиболее чувствительны к напряженности магнитного поля для анизотропных КМ (В+). Это обусловлено формированием анизотропных материалов с более высокими значениями магнитокристаллической анизотропии и более интенсивным поглощением энергии ЭМИ в области ЕФМР за счет увеличения магнитных потерь. Комбинирование подходов добавления электропроводящих наноразмерных наполнителей (на примере УНТ) в КМ типа «феррит/полимер», наряду с синтезом композитов в магнитном поле позволяет увеличить эффективное поглощение энергии ЭМИ, особенно в области ЕФМР. Это достигается за счет сочетания магнитных и электрических потерь в композиционном материале. Для контролируемого управления АЧХ в области ЕФМР КМ типа "феррит/наноуглерод/полимер" можно использовать не только материаловедческие подходы (варьирование электрической проводимостью за счет изменения концентрации наноуглерода, варьирование химическим составом магнитного наполнителя, варьирование магнитными свойствами КМ за счет изменения концентрации магнитных наполнителей, формирование анизотропных КМ путем синтеза в постоянном магнитном поле), но и путем изменения магнитокристаллической анизотропии КМ за счет наложения магнитного поля в процессе измерения электромагнитных характеристик. 5. Проведен анализ результатов. Подготовлены и опубликованы 3 статьи в научных журналах, входящих в первый квартиль (1 статья Q1 засчитывается как 2 статьи).