Научная группа профессора Трусова из МГУ-ППИ в Шэньчжэне опубликовала статью в престижном журнале Королевского химического общества Великобритании Materials Horizons

Недавно научная группа профессора Трусова с факультета наук о материалах университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне, выступившая в качестве основной аффилиации, опубликовала инновационные результаты исследований в журнале Королевского химического общества Materials Horizons (Q1; импакт-фактор: 10,7).

Статья озаглавлена: «Термогравиметрический анализ в градиентном магнитном поле как эффективный квази- in situ метод исследования формирования магнитных фаз: на примере оптимизации синтеза ε-Fe₂O₃» (Mater. Horiz., 2025, DOI: 10.1039/d5mh01134e).

Выше представлены результаты экспериментов: процесс синтеза прекурсора Fe-Si-O, схема термоаналитического прибора с постоянным магнитом, экспериментальные кривые охлаждения (зависимость массы от температуры), пересчитанные зависимости намагниченности от температуры, а также математические формулы для вычисления массовых долей фаз.

Команда профессора Трусова впервые предложила методику полуквантитативного анализа магнитных фаз с использованием термогравиметрии в градиентном магнитном поле (Thermogravimetry in a gradient magnetic field). Основным инструментом стал широко применяемый в лабораториях термоанализатор, фиксирующий изменение массы образца при нагреве до 1100 °C. Этот прибор отличается простотой в эксплуатации, низкой стоимостью обслуживания и наглядностью получаемых данных. Новаторство исследователей заключается в оснащении термоанализатора постоянным магнитом, что превратило его в магнитометр, данная модификация позволяет регистрировать параметры изменения намагниченности образца и использовать стандартное оборудование для изучения сложных магнитных материалов.

Исследование было сосредоточено на одной из ключевых задач химии и материаловедения - оптимизации условий синтеза магнитных материалов. Традиционные подходы характеризуются высокой трудоёмкостью либо требуют применения редких и дорогостоящих in situ-методов анализа, какого как синхротронная рентгеновская дифракции.

Для проверки предложенного метода учёные выбрали трёхкомпонентную систему Fe-Si-O, способную формировать различные полиморфные модификации оксида железа (III): ε-Fe₂O₃, γ-Fe₂O₃, α-Fe₂O₃, переходящие друг в друга в зависимости от условий. Данное исследование представляет большой научный интерес, а с практической точки зрения ключевое значение имеет синтез ε-Fe₂O₃-материала, обладающего уникальными магнитными и электрическими свойствами, для которого до сих пор не существует рентабельного промышленно применимого метода получения.

Основная идея метода заключалась в проведении синтеза и термообработки материала непосредственно в термоанализаторе (первая стадия цикла) с последующей фиксацией массы образца в магнитном поле на этапе охлаждения (вторая стадия). Многократное повторение цикла с варьированием максимальной температуры и времени выдержки повзолило получить серию кривых охлаждения, отражающих зависимость параметров от условий обработки и общего содержания оксида железа в системе Fe-Si-O.

Для точного определения массовых долей различных полиморфов исследовательская группа разработала модель, учитывающую влияние магнитного поля и описывающую аналитический сигнал прибора. Ключевым прорывом стало выявление «отпечатка» каждой магнитной фазы - температуры перехода из беспорядочного магнитного состояния в упорядоченное. Этот переход сопровождался скачкообразным изменением массы, что позволило рассчитать пропорции фаз в образце.

В результате систематического исследования команда установила зависимость массовых долей полиморфов оксида железа от температуры, времени отжига и общего содержания оксида железа. Полный цикл занял всего 580 часов, в течение которых было подготовлено и проанализировано 97 образцов. Для сравнения: традиционный подход, отжиг в печи и лабораторный рентгенодифракционный анализ,потребовал бы примерно втрое больше времени,что подтверждает высокую эффективность предложенного метода.

Таким образом, результаты, полученные профессором Львом Трусовым и его коллегами существенно упрощают исследовательскую работу и открывают новые перспективы для оптимизации синтеза магнитных материалов.

Авторы статьи (слева направо): магистрант 2-го курса ФНМ Ван Ифань, аспирантка 3-го года Дуань Цзинтун, старший преподаватель Евгений Горбачёв, старший преподаватель Рой Нюгорд, профессор Лев Трусов — рядом с термоанализатором, использованным в исследовании.