Síntesis y caracterización de granates del tipo Sm3-xTRxFe5O12 (TR = Dy, Gd, Lu y La)

Abstract

Los granates de tierras raras (TR3Fe5O12) presentan propiedades magneto-eléctricas y ópticas que permiten su aplicación en transformadores, dispositivos de microondas y de almacenamiento de datos. Estas propiedades dependen de su estructura y morfología, que son altamente influenciadas por la sustitución parcial o total de los sitios catiónicos, así como por el método de síntesis. El presente trabajo se enfocó en la obtención de los nuevos granates de formula Sm3-xTRxFe5O12 (TR= Gd, Dy, Lu y La) con x=0.0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 sintetizados por los métodos citrato y cerámico, con el fin de evaluar la influencia del catión sustituyente y método sobre sus propiedades. La caracterización por DRX, Raman, MEB, EDX, VSM y medida de resistividad, demostró la adecuada sustitución del Sm por Lu, Dy y Gd favoreciendo la obtención de materiales de fase pura, de estructura cúbica y con grupo espacial Ia-3d (230). En contraste, el La llevó a la formación de fases de Sm1-xLaxFeO3 lo que se explica en función de su radio iónico. El método citrato favoreció la obtención de granates con partículas de menor tamaño ( 1 µm) y de carácter ferrimagnético, de mayor Hc y Ms menor en comparación con las muestras obtenidas por el método cerámico, con un tiempo y temperatura de calcinación menores en 18 h y 300 °C. Los resultados obtenidos permiten concluir que las muestras del sistema Sm3-xTRxFe5O12 (TR= Gd, Dy, Lu) presentan potenciales aplicaciones en transformadores y conmutadores de microondas, con una importante disminución en los costos de producción.

Abstract. Rare earth garnets (TR3Fe5O12) have magneto-electric and optical properties that allow their application in transformers, microwave and data storage devices. These properties depend on their structure and morphology, which are influenced by the partial or total substitution of the cationic sites, as well as by the synthesis method. The present work focused in the obtaining of new garnets with formula Sm3-xTRxFe5O12 (TR = Gd, Dy, Lu and La) with x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 synthesized by method citrate and ceramic method, in order to evaluate the influence of substituent cation and. Synthesis method on their properties. The characterization by XRD, Raman, MEB, EDX, VSM and resistivity measurement, demonstrated the adequate substitution of Sm by Lu, Dy and Gd favoring the obtaining of pure phase materials with cubic structure and space group Ia-3d (230). on the other hand, the substitution with La carried generated the formation of phases of Sm1-xLaxFeO3 which is explained according to its ionic radius. The citrate method favored the obtaining of garnets with particles of smaller size (1 μm), ferrimagnetic character, of higher HC and smaller MS compareted to the samples obtained by the ceramic method, with a calcination temperature and time even 300 °C and 18 h below. The results obtained allow to conclude that samples of the Sm3-xTRxFe5O12 system (TR = Gd, Dy, Lu) present potential applications in transformers and microwave switches, with a significant decrease in production costs.