Особливості теплової поведінки та фазоутворення BiFeO₃ з використанням прекурсорів активованих сонячним плавінням
Анотація
Досліджено вплив попередньої обробки оксидів Bi2O3 та Fe2O3 на синтез та структурні характеристики фериту вісмуту BiFeO3. Було виявлено, що утворення BiFeO3 починається при 790÷850 °C, а розкладання відбувається вище ~920 °C. Попереднє плавлення оксидів у сонячній печі зміщує теплові ефекти в бік вищих температур та підвищує термодинамічну стабільність фази. Рентгенофазовий аналіз виявив утворення перовскітоподібної структури з орторомбічним спотворенням, високою кристалічністю та розміром кристалітів 40±10 нм. Фазовий аналіз підтвердив збільшення вмісту основної фази до 97 % та зменшення домішкової фази Bi2Fe4O9. Отримані результати підтверджують ефективність попереднього сонячного плавлення оксидів для синтезу високоякісних керамічних матеріалів на основі BiFeO3.
Завантаження
Посилання
Shuai Dong, Hongjun Xiang and Elbio Dagotto, “Magnetoelectricity in multiferroics: a theoretical perspective,” National Science Review, 6, 629-641 (2019). https://doi.org/10.1093/nsr/nwz023
Sh.B. Utamuradova, Z.T. Azamatov, A.I. Popov, M.R. Bekchanova, M.A. Yuldoshev, and A.B. Bakhromov, East Eur. J. Phys. (3), 278 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-27
Yu. Gao, M.Yu. Gao, and Yu. Lu, “Two-dimensional multiferroics,” Nanoscale, 13, 19324-19340, (2021). https://doi.org/10.1039/d1nr06598j
G. Catalan, and J.F. Scott, “Physics and Applications of Bismuth Ferrite,” Advanced Materials, 21(24), 2453-2556, (2009). https://doi.org/10.1002/adma.200802849
B. Xu, D. Wang, J. Íñiguez, and L. Bellaiche, “Finite-Temperature Properties of Rare-Earth-Substituted BiFeO3 Multiferroic Solid Solutions,” Advanced Functional Materials, 25(4), 497-650 (2015). https://doi.org/10.1002/adfm.201403811
S. Zheng, J. Wang, J. Zhang, H. Ge, Z. Chen, and Y.F. Gao, “The structure and magnetic properties of pure single phase BiFeO3 nanoparticles by microwave-assisted sol-gel method,” Journal of Alloys and Compounds, 735, 945-949, (2018). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.10.133
S.F. Samadov, N.V.M. Trung, A.A. Sidorin, S.I. Ibragimova, S.H. Jabarov, M.A. Yuldoshev, O.S. Orlov, Y.I. Aliyev, Micro and Nanostructures 209 (2026) 208451, (2026). https://doi.org/10.1016/j.micrna.2025.208451
A. Perejón, E. Gil-González, P.E. Sánchez-Jiménez, A.R. West, and L.A. Pérez-Maqueda, “Electrical properties of bismuth ferrites: Bi2Fe4O9 and Bi25FeO39,” Journal of the European Ceramic Society, 39(2-3), 330-339 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.09.008
A. Kirsch, G.B. Strapasson, N.L.M. Gogolin, M.C. Videbæk, S. Banerjee, H.N. Bordallo, and K.M. Ø. Jensen, “Control of Crystallization Pathways in the BiFeO3-Bi2Fe4O9 System,” Chem. Mater. 37, 338-348, (2025). https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c02656
A. Makridis, E. Myrovali, D. Sakellari, and M. Angelakeris, “Tuning the Structural and the Magnetic Properties of BiFeO3 Magnetic Nanoparticles,” Physica status solidi (b), 257(6), (2020). https://doi.org/10.1002/pssb.202000005
A.G. Monteduro, S.R.Ch. Leo, Sh. Karmakar, F. Sirsi, A. Leo, V. Tasco, M. Esposito, et al., “Dielectric and Ferroelectric Response of Multiphase Bi-Fe-O Ceramics,” Physica status solidi (a), Vol. 216, Issue 3, (2019). https://doi.org/10.1002/pssa.201800584
G. Clarke, A. Rogov, S. McCarthy, L. Bonacina, Yu. Gun’ko, Ch. Galez, R.Le. Dantec, et al., “Preparation from a revisited wet chemical route of phase-pure, monocrystalline and SHG-efficient BiFeO3 nanoparticles for harmonic bio-imaging,” Scientific Reports, 8, 10473 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-28557-w
S.M. Selbach, M.A. Einarsrud, and T. Grande, “On the Thermodynamic Stability of BiFeO3,” Chemistry of Materials, 21(1), 169 173 (2009). https://doi.org/10.1021/cm802607p
F. Schröder, N. Bagdassarov, F. Ritter, and L. Bayarjargal, “Temperature dependence of Bi2O3 structural parameters close to the α-δ phase transition,” Phase Transitions, 83(5), 311-325 (2010). https://doi.org/10.1080/01411591003795290
C. Wesley, L. Bellcase, J.S. Forrester, E.C. Dickey, I.M. Reaney, and J.L. Jones, “Solid state synthesis of BiFeO3 occurs through the intermediate Bi25FeO39 compound,” Journal of the American Ceramic Society, (2023). https://doi.org/10.1111/jace.19702
R. Palai, R.S. Katiyar, H. Schmid, P. Tissot, S.J. Clark, J. Robertson, S.A. T. Redfern, et al., “β phase and γ-β metal-insulator transition in multiferroic BiFeO3,” Phys. Rev. B, 77, 014110 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.014110
W. Song, D. Zhang, Z. Sun, B. Han, L.-J. He, and X. Wang, “Preparation and characterization of multiferroic BiFeO3,” in: IEEE 10th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials, (2012). https://doi.org/10.1109/ICPADM.2012.6318899
A. Varma, A.S. Mukasyan, A.S. Rogachev, and K.V. Manukyan, “Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials,” Chem. Rev. 116, 14493-14586, (2016). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279
F. Siddique, S. Gonzalez-Cortes, A. Mirzaei, T. Xiao, M.A. Rafiq, and X. Zhang, “Solution combustion synthesis: the relevant metrics for producing advanced and nanostructured photocatalysts,” Nanoscale, 14, 11806-11868 (2022). https://doi.org/10.1039/D2NR02714C
N. Asefi, M. Hasheminiasari, and S.M. Masoudpanah, “Photocatalytic properties of BiFeO3 powders synthesized by the mixture of CTAB and Glycine, Scientific Reports, 13, 12338 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39622-4
M.M. Suleimanova, M.U. Nosirova, H.T. Yusupov, and Kh.Yu. Rakhimov, “Wave-packet dynamics in monolayer graphene with periodic scattering potentials,” Physica B: Condensed Matter, 714, 417484 (2025). https://doi.org/10.1016/j.physb.2025.417484
J. Rodriguez, I. Cañadas, and E. Zarza, “New PSA high concentration solar furnace SF40,” AIP Conf. Proc. 1734, 070028 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4949175
L.G. Rosa, “Solar Heat for Materials Processing: A Review on Recent Achievements and a Prospect on Future Trends,” Chem. Engineering, 3, 83 (2019). https://doi.org/10.3390/chemengineering3040083
Y. Zhuang, X. Pan, X. Liu, and K. Chen, “Effect of Cooling Rate on the Crystalline Morphology of Bi2O3-Fe2O3 Pseudo-Binary System,” Physica status solidi (a), 220(9), (2023). https://doi.org/10.1002/pssa.202200838
G. Levêque, R. Bader, W. Lipinski, and S. Haussener, “High-flux optical systems for solar thermochemistry,” Solar Energy, 156, 133-148 (2017). https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.07.046
M.S. Paizullakhanov, R.Yu. Akbarov, Zh.Z. Shermatov, O.T. Razhamatov, F. Ernazarov, M. Sulaimanov, N. Karshieva, et al., “Small solar furnace for processing and melting of materials,” in: Collection of materials of the international scientific and technical conference “Actual problems of the energy complex: production, transmission and ecology,” (Karshi, 2024), pp. 533 538.
V. Nicola, Y. Scarlett, and I.C. Madsen, “Quantification of phases with partial or no known crystal structures,” Powder Diffraction, 21(4), 278–284 (2016). https://doi.org/10.1154/1.2362855
H.T. Costi, R. Dall'Agnol, M. Pichavant, and O.T. Ramo, “The peralkaline tin-mineralized madeira cryolite albite-rich granite of Pitinga, Amazonian craton, Brazil: petrography, mineralogy and crystallization processes,” The Canadian Mineralogist, (2009). https://doi.org/10.3749/canmin.47.6.1301
M.S. Paizullakhanov, and I.G. Atabaev, “BiFeO Synthesized on the Solar Furnace,” Materials Research Letters, 1(2), 1-4 (2017).
M.S. Bernardo, “Synthesis microstructure and properties of BiFeO3-based multiferroic materials: A review,” Boletin de la Sociedad Espanola de Ceramica y Vidrio, 53(1), 1-14, (2014). https://doi.org/10.3989/cyv.12014
R. Haumont, I.A. Kornev, S. Lisenkov, L. Bellaiche, J. Kreisel, and B. Dkhil, “Phase stability and structural temperature dependence in powdered multiferroic BiFeO3,” Phys. Rev. B, 78, 134108 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.134108
M.S. Paizullakhanov, A.A. Xolmatov, and M.M. Sobirov, “Magnetic materials synthesized in the sun furnace,” International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, 7(4), 13499-13505 (2020).
Kh. Bakhronov, O. Ergashev, Gʻ. Оchilov, N. Esonkulova, A. Ganiev, N. Akhmedova, and O. Ochilova, “Study of isotherm, thermodynamic characteristics and sorption mechanism of toluene adsorption on zeolite CsZSM-5 by adsorption-calorimetric method. Edelweiss Applied Science and Technology, 8(6), 6959-6966 (2024). https://doi.org/10.55214/25768484.v8i6.3508
C.M. Suarez, S. Hernández, and N. Russo, “BiVO4 as photocatalyst for solar fuels production through water splitting: A short review,” Applied Catalysis A General, 504, (2014). https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.11.044
J. Matrasulov, J.R. Yusupov, and A.A. Saidov, “Fast forward evolution in heat equation: Tunable heat transport in adiabatic regime,” Nanosystems: Phys. Chem. Math. 14(4), 421-427 (2023). https://doi.org/10.17586/2220-8054-2023-14-4-421-427
O.R. Furtado, “Metal oxides and the thermochemical storage of solar energy,” in: Chimica Oggi - Chemistry Today, 37(2), 6-18 (2019). http://hdl.handle.net/10400.9/3187
H. Liu, and X. Yang, “Structural, dielectric, and magnetic properties of BiFeO3 -SrTiO3 solid solution ceramics,” Ferroelectrics, 500(1), 310-317 (2016). https://doi.org/10.1080/00150193.2016.1230445
M.A. Rusho, T.A. Ahmed, L.H. Saleh, S.W. Ghori, E. Muniyandy, S. Usanov, M. Latipova, et al., “Design and synthesis of decorated palladium nanoparticles on chitosan-tannic acid modified magnetic nanoparticles and evaluation of its catalytic application in the Heck coupling reactions,” Journal of Organometallic Chemistry, 1039, 123773 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2025.123773
N. Lomanova, M.V. Tomkovich, V.V. Sokolov, and V.V. Gusarov, “Special features of formation of nanocrystalline BiFeO3 via the glycine-nitrate combustion method,” Russian Journal of General Chemistry, 86(10), 2256-2262 (2016). https://doi.org/10.1134/S1070363216100030
B. Wang, and D.A. Hall, “Structural evolution in BiFeO3-BaTiO3 ceramics via quenching strategy,” Journal of Alloys and Compounds, 1044, 184439 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184439
Z. Zeng, Q. Zhang, H. Wu, and M. Lan, “Influence of calcination temperature on structure and multiferroic properties of barium ferrite ceramics,” Processing and Application of Ceramics, 16(2), 106-114 (2022). https://doi.org/10.2298/PAC2202106Z
Sh.B. Utamuradova, F.A. Giyasova, K.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, M.R. Bekchanova, and B. Ismatov, “Current Transfer Mechanism in A Thin-Based Heterosystem Based on A2B6 Compounds,” East Eur. J. Phys. (3), 325-335 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-31
Z. Cen, Y. Huabin, C. Zhou, and Q. Zhou, “Effect of sintering temperature on microstructure and piezoelectric properties of Pb-free BiFeO3-BaTiO3 ceramics in the composition range of large BiFeO3 concentrations,” Journal of Electroceramics, 31(1-2), (2013). https://doi.org/10.1007/s10832-013-9803-2
D. Szalbot, J.A. Bartkowska, K.Feliksik, and M. Bara, “Correlation Between Structure, Microstructure and Dielectric Properties of Bi7Fe3Ti3O21 Ceramics Obtained in Different Conditions,” Archives of Metallurgy and Materials, 65(2), 879 (2020). https://doi.org/10.24425/amm.2020.132834
E. Gil-Gonzalez, A. Perejon, P.E. Sánchez-Jiménez, and M.J. Sayagues, “Phase-pure BiFeO3 produced by reaction flash-sintering of Bi2O3 and Fe2O3,” Journal of Materials Chemistry A, 6(13), (2017). https://doi.org/10.1039/C7TA09239C
F.A. Giyasova, and M.A. Yuldoshev, “Investigation of temporal characteristics of photosensitive heterostructures based on gallium arsenide and silicon,” Chalcogenide Letters, 22(2), 123–129 (2025). https://doi.org/10.15251/CL.2025.222.123
F.A. Giyasova, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, I.B. Sapaev, R.G. Ikramov, F.A. Giyasov, M.R. Bekchanova, M.M. Qaxxarov, H.O Abdullayev, East Eur. J. Phys. 4, 461 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-47
F.A. Giyasova, A.Z. Rakhmatov, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, F.A. Giyasov, A.N. Olimov, N.A. Sattarov, East Eur. J. Phys. 4, 397 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-38
N.Yu. Sharibaev, A.Q. Ergashov, S.B. Fazliddinov, R.G. Ikramov, M.A. Yuldoshev, A.A. Abdulxayev, Journal of Ovonic Research. Vol.21, No.6, (2025). https://doi.org/10.15251/JOR.2025.216.859
C. Wesley, L. Bellcase, J.S. Forrester, E.C. Dickey, I.M. Reaney, and J.L. Jones, “Solid state synthesis of BiFeO3 occurs through the intermediate Bi25FeO39 compound,” Journal of the American Ceramic Society, 107(6). 3716-3723 (2024). https://doi.org/10.1111/jace.19702
Авторське право (c) 2026 М.С. Пайзуллаханов, Ф.А. Гіясов, Х.Н. Бахронов, М.А. Юлдошев, Ch.X. Тошпулатов, Р.У. Ерназаров, Ф.А. Гіясов, А. Урішев, А.Д. Палуанова
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
