Effect of fuel-to-oxidizer ratio on the structural and magnetic properties of Zn$_{0.5}$Mn$_{0.5}$Fe$_2$O$_4$ nanoferrites synthesized via glycine-nitrate combustion

Наноструктурированные ферриты Zn$_{0.5}$Mn$_{0.5}$Fe$_2$O$_4$ были синтезированы методом глицин-нитратного растворного горения при соотношении топлива к окислителю $f$ в диапазоне от 0,4 до 1,6, для определения влияния окислительно-восстановительного соотношения на структуру и магнитные свойства. Рентгеновская дифракция подтверждает образование однофазной кубической шпинели для всех составов, при этом размер кристаллитов изменяется от $\sim$8 до 108 нм, а минимальные значения как размера кристаллитов, так и параметра решетки (8,420 $\mathring{\mathrm{A}}$) получены в условиях дефицита топлива ($f$ = 0,4); микродеформации решетки не превышают 0,5%. Метод СЭМ показал наличие агломератов размером 3–5 мкм, состоящие из частиц размером 30–190 нм, в то время как химический анализ методом ЭДС показал соотношения катионов близкие к теоретическому составу. Магнитные измерения при температуре 300 К демонстрируют типичное магнитомягкое поведение: намагниченность насыщения варьируется от 16,1 до 68,3 эме/г, остаточная намагниченность – от 1,8 до 20,3 эме/г, а коэрцитивная сила – от 34,7 до 85,6 Э. Все эти параметры эффективно регулируются содержанием топлива. Наибольшая намагниченность насыщения достигается вблизи стехиометрического соотношения ($f\approx$ 0,8–1,0), тогда как избыток топлива приводит к увеличению коэрцитивной силы за счет измельчения микроструктуры и деформации решетки. Установленные корреляции между условиями горения, структурными параметрами и изменениями магнитных свойств показывают, что контролируемое изменение соотношения топлива является эффективным инструментом для адаптации нанопорошков цинк-марганцевого феррита для применения в качестве магнитомягких материалов с низкими потерями.