npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S207956292601032XVLSUEUnpe-651Research ArticleПерспективные конструкционные материалыPromising Structural MaterialsСТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ SR1–XCAXFE12O19STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF SR1–XCAXFE12O19 COMPOUNDSНиколенкоП. И.NikolenkoP. I.ЩетининИ. В.ShchetininI. V.Университет науки и технологий “МИСИС”РоссияNational University of Science and Tecnology “MISIS”Russian Federation202611052026173351358Copyright © Николенко П.И., Щетинин И.В., 20262026Николенко П.И., Щетинин И.В.Nikolenko P.I., Shchetinin I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/651

На сегодняшний день гексаферрит стронция является одним из перспективных материалов для постоянных магнитов [1–3], электрических и микроволновых устройств [4–5] и др. В связи с этим представляет интерес исследование Ca-замещенного гексаферрита стронция. Поскольку кальций дешевле стронция и снизит стоимость производства материала. Однако требуется изучить влияние такого легирования на структуру и свойства гексаферрита. Гексаферрит также имеет перспективы как материал для биомедицинских применений. Однако при разложении гексаферрита в организме человека стронций может частично замещать кальций в костях. А избыток стронция и недостаток кальция могут, в свою очередь, приводить к негативным последствиям для организма [6–15] Поэтому в данной работе исследовались образцы Ca-замещенного гексаферрита стронция. Механохимическим методом с последующим отжигом при 1200°C получены образцы составов Sr1–xCaxFe12O19 (x = 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 0.75 и 1). Проведены фазовый и рентгеноструктурный анализы образцов. Построены зависимости изменения периодов решетки и объема элементарной ячейки V гексаферрита стронция от степени легирования кальцием. Определена граница растворимости Ca в гексаферрите стронция при 1200°C. Проведено исследование магнитных свойств полученных образцов. Выявлено, что легирование кальцием не вызывает снижения намагниченности насыщения. Из чего сделан вывод, что легирование кальцием можно использовать для снижения стоимости производства материала и повышения его биосовместимости без риска снижения его функциональных свойств из-за снижения намагниченности.

Strontium hexaferrite is currently considered one of the most promising materials for permanent magnets [1–3] as well as for integration into electric and microwave devices [4–5]. In this context, the synthesis of Ca-substituted strontium hexaferrite is of particular interest, as calcium is less expensive than strontium and could help reduce the material’s production cost. Therefore, it is essential to investigate the effect of such substitution on the structure and properties of the hexaferrite. Strontium hexaferrite also shows promise as a material for biomedical application. However, when strontium hexaferrite decomposes in the human body, strontium can partially substitute for calcium in bone tissue. The corresponding excess of strontium and the deficiency of calcium can result in adverse biological effects [6–15]. To mitigate this outcome, we propose the partial substitution of strontium with calcium in the hexaferrite structure. Accordingly, this study investigatesd the formation of the structure and magnetic properties of Ca-substituted strontium hexaferrite. The samples with the chemical composition of Sr1–xCaxFe12O19 (x = 0; 0.1; 0.2; 0.3; 0.5; 0.75 and 1) were obtained by the mechanochemical synthesis followed by annealing at 1200 °C. The phase composition and the structural analysis of the samples were investigated using X-ray diffraction (XRD). The dependencies of both the lattice parameters and the unit cell volume of strontium hexaferrite on the degree of calcium substitution were established, enabling determination of the calcium solubility limit in strontium hexaferrite after annealing at 1200°C. Vibrating sample magnetometry (VSM) demonstrated that calcium substitution does not lead to a decrease in saturation magnetization. This result suggests that calcium substitution of strontium hexaferrite can be effectively employed to reduce production costs and enhance the biocompatibility of the material without compromising its functional properties.

гексаферритмагнитный гистерезислегированиекоэрцитивная силанамагниченность насыщенияhexaferritemagnetic hysteresisalloyingcoercive forcesaturation magnetizationРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ), проект № 23-73-00114.ReferencesSerrano A. et al. // Acta Mater. 2021. V. 219. P. 117262. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117262Serrano A. et al. // Acta Mater. 2021. V. 219. P. 117262. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117262Breton J.-M. Le, Nachbaur V., Fitchorova O. Modern Ferrites: Emerging Technologies and Applications. V.G. Harris (Ed.). 2022. Wiley. V. 2. https://doi.org/10.1002/9781394156146.ch4Breton J.-M. Le, Nachbaur V., Fitchorova O. Modern Ferrites: Emerging Technologies and Applications. V.G. Harris (Ed.). 2022. Wiley. V. 2. https://doi.org/10.1002/9781394156146.ch4de Julián Fernández C. et al. // J. Phys. D. 2020. V. 54 (15). P. 153001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abd272de Julián Fernández C. et al. // J. Phys. D. 2020. V. 54 (15). P. 153001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abd272Asghar G., Anis-ur-Rehman M. // J. Alloys Compd. 2012. V. 526. P. 8590. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.086Asghar G., Anis-ur-Rehman M. // J. Alloys Compd. 2012. V. 526. P. 8590. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.086Rehman A., Shaukat S.F., Haidyrah A.S., Akhtar M.N., Ahmad M. // J. Electroceram. 2021. V. 46. P. 93106. https://doi.org/10.1007/s10832-021-00246-7Rehman A., Shaukat S.F., Haidyrah A.S., Akhtar M.N., Ahmad M. // J. Electroceram. 2021. V. 46. P. 93106. https://doi.org/10.1007/s10832-021-00246-7Storey E. // Australas. Ann. Med. 1961. V. 10. P. 213–222.Storey E. // Australas. Ann. Med. 1961. V. 10. P. 213–222.Storey E. // J. Bone Joint Surg., Br. 1962. V. 44B (1). P. 194–208.Storey E. // J. Bone Joint Surg., Br. 1962. V. 44B (1). P. 194–208.Kshirsagar S.G. // J. Nutr. 1976. V. 106. I.10. P. 1475– 1483.Kshirsagar S.G. // J. Nutr. 1976. V. 106. I.10. P. 1475– 1483.Matsumoto A. // Jpn. J. Pharmacol. 1976. V. 26. P. 675– 681.Matsumoto A. // Jpn. J. Pharmacol. 1976. V. 26. P. 675– 681.Reinholt F.P., Engfeldt B., Heinegard D., Hjerpe A. // Collagen Relat. Res. 1985. V. 5. P. 41–53.Reinholt F.P., Engfeldt B., Heinegard D., Hjerpe A. // Collagen Relat. Res. 1985. V. 5. P. 41–53.Svensson O., Hjerpe A., Reinholt F.P., Wikstrom B., Engfeldt B. // Acta Pathologica, Micribiologica, et Immunologica Scandinavica. Section A, Pathology. 1985. V. 93. P. 115–120.Svensson O., Hjerpe A., Reinholt F.P., Wikstrom B., Engfeldt B. // Acta Pathologica, Micribiologica, et Immunologica Scandinavica. Section A, Pathology. 1985. V. 93. P. 115–120.Svensson O. Reinholt F.P., Engfeldt B. // Acta Pathologica, Micribiologica, et Immunologica Scandinavica. Section A, Pathology. 1987. V. 95. P. 309–314.Svensson O. Reinholt F.P., Engfeldt B. // Acta Pathologica, Micribiologica, et Immunologica Scandinavica. Section A, Pathology. 1987. V. 95. P. 309–314.Morohashi K. et al. // Mol. Endocrinol. 1994. V. 8. P. 643.Morohashi K. et al. // Mol. Endocrinol. 1994. V. 8. P. 643.Ozgur S., Sumner H., Kocoglu G. // Arch. Dis. Child. 1996. V. 75. P. 524–526.Ozgur S., Sumner H., Kocoglu G. // Arch. Dis. Child. 1996. V. 75. P. 524–526.Kolodziejska B., Stepien N., Koimas J. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22 (12). P. 6564. https://doi.org/10.3390/ijms22126564Kolodziejska B., Stepien N., Koimas J. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22 (12). P. 6564. https://doi.org/10.3390/ijms22126564Went J.J., Rathenau G.W., Gorter E.W., Van Oosrerhout G.W. // Philips Techn. Rev. 1951. V. 13. P. 194208.Went J.J., Rathenau G.W., Gorter E.W., Van Oosrerhout G.W. // Philips Techn. Rev. 1951. V. 13. P. 194208.Pullar R.C. // Prog. Mater. Sci. 2012. V. 57. P. 11911334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Pullar R.C. // Prog. Mater. Sci. 2012. V. 57. P. 11911334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Ferk G., Krajnc P., Hamler A, Mertelj A., Cebollada F., Drofenik M., Lisjak D. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 11395. https://doi.org/10.1038/srep11395Ferk G., Krajnc P., Hamler A, Mertelj A., Cebollada F., Drofenik M., Lisjak D. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 11395. https://doi.org/10.1038/srep11395Auwal I.A., Baykal A., Güner S., Sertkol M., Sözeri H. // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 409. P. 9298. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.02.093Auwal I.A., Baykal A., Güner S., Sertkol M., Sözeri H. // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 409. P. 9298. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.02.093Darwish M.A., Asmaa I. Afifi, Anwer S. Abd ElHameed, Abosheiasha H.F., Henaish A.M.A., Salogub D., Morchenko A.T., Kostishyn V.G., Turchenko V.A., Trukhanov A.V. // Ceram. Int. 2021. V. 47. P. 26152623. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.108Darwish M.A., Asmaa I. Afifi, Anwer S. Abd ElHameed, Abosheiasha H.F., Henaish A.M.A., Salogub D., Morchenko A.T., Kostishyn V.G., Turchenko V.A., Trukhanov A.V. // Ceram. Int. 2021. V. 47. P. 26152623. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.09.108Nikolenko P.I., Nizamov T.R., Bordyuzhin I.G., Abakumov M.A., Baranova Y.A., Kovalev A.D., Shchetinin I.V. // Materials. 2023. V. 16 (1). P. 347. https://doi.org/10.3390/ma16010347Nikolenko P.I., Nizamov T.R., Bordyuzhin I.G., Abakumov M.A., Baranova Y.A., Kovalev A.D., Shchetinin I.V. // Materials. 2023. V. 16 (1). P. 347. https://doi.org/10.3390/ma16010347Darwish M.A., Absheiasha H.F., Trukhanov S.V., Kostishyn V.G., Turchenko V., Trukhanova E.L., Astapovich K.A., Trukhanov A.V. // Ceram. Int. 2021. V. 47 (12). P. 16752–16761. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.02.247Darwish M.A., Absheiasha H.F., Trukhanov S.V., Kostishyn V.G., Turchenko V., Trukhanova E.L., Astapovich K.A., Trukhanov A.V. // Ceram. Int. 2021. V. 47 (12). P. 16752–16761. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.02.247Katlakunta S., Meena S.S., Srinath S., Bououdina M., Sandhya R., Praveena K. // Mater. Res. Bull. 2014. V. 63. P. 58–66. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.11.043Katlakunta S., Meena S.S., Srinath S., Bououdina M., Sandhya R., Praveena K. // Mater. Res. Bull. 2014. V. 63. P. 58–66. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.11.043Phan T.L., Nguyen H.H., Jeong W.H., Idczak R., Tran V.H., Yang D.S., Lee B.W. // Curr. Appl. Phys. 2021. V. 29. P. 114–121. https://doi.org/10.1016/j.cap.2021.07.002Phan T.L., Nguyen H.H., Jeong W.H., Idczak R., Tran V.H., Yang D.S., Lee B.W. // Curr. Appl. Phys. 2021. V. 29. P. 114–121. https://doi.org/10.1016/j.cap.2021.07.002Umair H.M., Bibi I., Majid F., Kamal S., Alwadai N., Arshad M.I., Ali A., Nouren S., Huwayz M.A., Iqbal M. // Mater. Chem. Phys. 2023. V. 307. P. 128152. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128152Umair H.M., Bibi I., Majid F., Kamal S., Alwadai N., Arshad M.I., Ali A., Nouren S., Huwayz M.A., Iqbal M. // Mater. Chem. Phys. 2023. V. 307. P. 128152. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128152Veverka P., Pollert E., Závěta K., Vasseur S., Duguet E. // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 21. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/21/215705Veverka P., Pollert E., Závěta K., Vasseur S., Duguet E. // Nanotechnology. 2008. V. 19. P. 21. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/21/215705Khabirova S., Aleshin G., Anokhin E., Shchukina A., Zubenko A., Fedorova O., Averin A., Trusova L. and Kalmykova S. // Dalton Trans. 2023. V. 52 (6). P. 1731. https://doi.org/10.1039/D2DT03548KKhabirova S., Aleshin G., Anokhin E., Shchukina A., Zubenko A., Fedorova O., Averin A., Trusova L. and Kalmykova S. // Dalton Trans. 2023. V. 52 (6). P. 1731. https://doi.org/10.1039/D2DT03548KVasileva E.S., Bordyuzhin I.G., Nizamov T.R., Nikitin A.A., Abakumov M.A., Dorofievich I.V., Baranova Y.A., Kovalev A.D., Nikolenko P.I., Chernyshev B.D., Rulev I.I., Shchetinin I.V. // J. Magn. Magn. Mater. 585. 2023. V. 585. P. 171127. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171127Vasileva E.S., Bordyuzhin I.G., Nizamov T.R., Nikitin A.A., Abakumov M.A., Dorofievich I.V., Baranova Y.A., Kovalev A.D., Nikolenko P.I., Chernyshev B.D., Rulev I.I., Shchetinin I.V. // J. Magn. Magn. Mater. 585. 2023. V. 585. P. 171127. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2023.171127Wang Q., Chen C., Liu Q., Li Q., Chen J., Zhang Q., Zhang Q., Li P. // Mater. Today Bio. 2025. V. 32. P. 101816. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101816Wang Q., Chen C., Liu Q., Li Q., Chen J., Zhang Q., Zhang Q., Li P. // Mater. Today Bio. 2025. V. 32. P. 101816. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101816CivalleroM.,VergaroV.,CittiC.,CosenzaM.,CannazzaG., Parenti C., Bari A., Ciccarella G., Sacchi S., Pozzi S. // Blood. 2015. V. 126 (23). P. 4851. https://doi.org/10.1182/blood.V126.23.4851.4851CivalleroM.,VergaroV.,CittiC.,CosenzaM.,CannazzaG., Parenti C., Bari A., Ciccarella G., Sacchi S., Pozzi S. // Blood. 2015. V. 126 (23). P. 4851. https://doi.org/10.1182/blood.V126.23.4851.4851Nizamov T.R., Amirov A.A., Kuznetsova T.O., Dorofievich I.V., Bordyuzhin I.G., Zhukov D.G., Ivanova A.V., Gabashvili A.N., Tabachkova N.Y., Tepanov A.A., Shchetinin I.V., Abakumov M.A., Savchenko A.G., Majouga A.G. // Nanomaterials. 2023. V. 13 (5). P. 811. https://doi.org/10.3390/nano13050811Nizamov T.R., Amirov A.A., Kuznetsova T.O., Dorofievich I.V., Bordyuzhin I.G., Zhukov D.G., Ivanova A.V., Gabashvili A.N., Tabachkova N.Y., Tepanov A.A., Shchetinin I.V., Abakumov M.A., Savchenko A.G., Majouga A.G. // Nanomaterials. 2023. V. 13 (5). P. 811. https://doi.org/10.3390/nano13050811Вершинина С.Ф., Евтушенко В.И. // Медицинский академический журнал. 2020. Т. 20 (1). С. 75–82. https://doi.org/10.17816/MAJ34107Вершинина С.Ф., Евтушенко В.И. // Медицинский академический журнал. 2020. Т. 20 (1). С. 75–82. https://doi.org/10.17816/MAJ34107Mukesh Suthar, Deepak Khare, Asnit Gangwar // Mater. Chem. Phys. 2023. V. 296. P. 127348. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.127348Mukesh Suthar, Deepak Khare, Asnit Gangwar // Mater. Chem. Phys. 2023. V. 296. P. 127348. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.127348Atkinson W.J., Brezovich I.A., Chakraborty D.P. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1984. V. 31 (1). P. 70. https://doi.org/10.1109/TBME.1984.325372Atkinson W.J., Brezovich I.A., Chakraborty D.P. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1984. V. 31 (1). P. 70. https://doi.org/10.1109/TBME.1984.325372Neufeld E.B., Boskey A.L. // Bone. 1994. V. 15 (4). P. 425–430.Neufeld E.B., Boskey A.L. // Bone. 1994. V. 15 (4). P. 425–430.Omdahl J.L., DeLuca H.F. // J. Biol. Chem. 1972. V. 247 (17). P. 5520–5526.Omdahl J.L., DeLuca H.F. // J. Biol. Chem. 1972. V. 247 (17). P. 5520–5526.Armbrecht H.J., Wasserman R.H., Bruns M.E. // Arch. Biochem. Biophys. 1979. V. 192 (2). P. 466–473.Armbrecht H.J., Wasserman R.H., Bruns M.E. // Arch. Biochem. Biophys. 1979. V. 192 (2). P. 466–473.Armbrecht H.J., Boltz M.A., Christakos S., Bruns. M.E. // Arch. Biochem. Biophys. 1998. V. 352 (2). P. 159–164.Armbrecht H.J., Boltz M.A., Christakos S., Bruns. M.E. // Arch. Biochem. Biophys. 1998. V. 352 (2). P. 159–164.Pullar R.C. // Prog. Mater. Sci. 2012. V. 57 (7). P. 1191– 1334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Pullar R.C. // Prog. Mater. Sci. 2012. V. 57 (7). P. 1191– 1334. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.04.001Seleznev S.V., Bordyuzhin I.G., Nizamov T.R., Mikheev V.A., Abakumov M.A., Shchetinin I.V. // Inorg. Chem. Commun. 2024. V. 167. P. 112679. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2024.112679Seleznev S.V., Bordyuzhin I.G., Nizamov T.R., Mikheev V.A., Abakumov M.A., Shchetinin I.V. // Inorg. Chem. Commun. 2024. V. 167. P. 112679. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2024.112679Kashiwaya Y., Yanai S. // Metall. Mater. Trans. B. 2019. V. 50. P. 2095–2110. https://doi.org/10.1007/s11663-019-01648-3Kashiwaya Y., Yanai S. // Metall. Mater. Trans. B. 2019. V. 50. P. 2095–2110. https://doi.org/10.1007/s11663-019-01648-3Mikheev V.A., Nizamov T.R., Nikolenko P.I., Ivanova A.V., Novikov A.I., Dorofievich I.V., Lileev A.S., Abakumov M.A., Shchetinin I.V. // Crystals. 2024. V. 14 (12). P. 1028. https://doi.org/10.3390/cryst14121028Mikheev V.A., Nizamov T.R., Nikolenko P.I., Ivanova A.V., Novikov A.I., Dorofievich I.V., Lileev A.S., Abakumov M.A., Shchetinin I.V. // Crystals. 2024. V. 14 (12). P. 1028. https://doi.org/10.3390/cryst14121028Patel H., Parekh K. // J. Magn. Magn. Mater. V. 615. P. 172777. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2025.172777Patel H., Parekh K. // J. Magn. Magn. Mater. V. 615. P. 172777. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2025.172777Baqiya M.A., Asih R., Ghufron M., Mastuki, Retnowati D.Y., Triwikantoro, Darminto. Nanocrystalline Materials. B. Movahedi (Ed.). 2019. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.88027Baqiya M.A., Asih R., Ghufron M., Mastuki, Retnowati D.Y., Triwikantoro, Darminto. Nanocrystalline Materials. B. Movahedi (Ed.). 2019. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.88027

The authors declare that there are no conflicts of interest present.