Диоксид хрома или оксид хрома(IV) — это неорганическое соединение с формулой CrO2 . Это черное синтетическое магнитное твердое вещество. [3] Когда-то он широко использовался в эмульсии магнитной ленты . [4] С ростом популярности компакт-дисков и DVD , а в последнее время и цифровых носителей, использование оксида хрома(IV) сократилось. Тем не менее, он по-прежнему используется в ленточных носителях для систем хранения данных корпоративного класса. Многие производители оксидов и лент по-прежнему считают его одним из лучших когда-либо изобретенных частиц для магнитной записи.
CrO 2 был впервые получен Фридрихом Вёлером путем разложения хромилхлорида . Игольчатый диоксид хрома был впервые синтезирован в 1956 году Норманом Л. Коксом, химиком из EI DuPont , путем разложения триоксида хрома в присутствии воды при температуре 800 К (527 °C; 980 °F) и давлении 200 МПа . Сбалансированное уравнение для гидротермального синтеза имеет вид:
Образующийся магнитный кристалл представляет собой длинный, тонкий, похожий на стекло стержень — идеальный в качестве магнитного пигмента для записывающей ленты. Когда в конце 1960-х годов он был коммерциализирован как носитель записи, DuPont присвоила ему торговое название Magtrieve .
CrO 2 принимает структуру рутила (как и многие диоксиды металлов). Таким образом, каждый центр Cr(IV) имеет октаэдрическую координационную геометрию , а каждый оксид является тригональным плоским . [3]
Магнитные свойства кристалла, полученные из его идеальной формы, такие как анизотропия , которая придавала высокую коэрцитивность и остаточную интенсивность намагничивания , привели к исключительной стабильности и эффективности для коротких длин волн , и он почти сразу же появился в высококачественной аудиоленте, используемой в аудиокассетах , для которых высокие частоты и шипение всегда были проблемами. В отличие от несовершенно сформированного покрытия из оксида железа, которое обычно используется, кристаллы диоксида хрома были идеально сформированы и могли быть равномерно и плотно распределены в магнитном покрытии, что приводило к более высокому отношению сигнал/шум в аудиозаписях. Однако хромированные ленты требовали, чтобы аудиокассетные магнитофоны были оснащены более высокой способностью тока смещения (примерно на 50% больше), чем та, которая используется оксидом железа, чтобы должным образом намагничивать частицы ленты. Также была введена новая эквализация (70 мкс ), которая поменяла часть расширенного высокочастотного отклика на более низкий уровень шума, что привело к улучшению отношения сигнал/шум на 5–6 дБ по сравнению с аудиолентами с оксидом железа. Эти настройки смещения и эквалайзера были позже перенесены на «хром-эквивалентные» модифицированные кобальтом ленты, представленные в середине 1970-х годов TDK , Maxell и другими. Более поздние исследования значительно увеличили коэрцитивную силу частицы путем легирования или адсорбции редких элементов, таких как иридий, на кристаллической матрице или путем улучшения соотношений осевой длины к устаревшим [ требуется разъяснение ] . Полученный продукт потенциально мог конкурировать с металлическими железными пигментами, но, по-видимому, не достиг большого проникновения на рынок.
Пока производители не разработали новые способы измельчения оксида, кристаллы могли легко разрушаться в процессе производства, и это приводило к чрезмерному пропечатыванию (эхо). Выходной сигнал ленты мог упасть примерно на 1 дБ или около того за год. Хотя снижение было равномерным по всему диапазону частот, и шум также упал на ту же величину, сохранив динамический диапазон, снижение разбалансировало декодеры шумоподавления Dolby , которые были чувствительны к настройкам уровня. Хромовое покрытие было тверже, чем конкурирующие покрытия, и это привело к обвинениям в чрезмерном износе головок. Хотя лента изначально изнашивала твердые ферритовые головки быстрее, чем ленты на основе оксида, на самом деле она изнашивала более мягкие пермаллоевые головки с меньшей скоростью; и износ головок был большей проблемой для пермаллоевых головок, чем для ферритовых головок. После 500 часов работы по ферритовым головкам хромированная лента отполировала зернистую поверхность достаточно, чтобы износ больше не был заметен, а края зазоров оставались острыми и четкими. Страх износа головки и проблемы с лицензированием с DuPont держали пустые потребительские хромированные ленты в очень невыгодном положении по сравнению с более популярными лентами Type II, которые использовали модифицированный кобальтом оксид железа, но хром был выбором для кассетных релизов музыкальной индустрии. Благодаря своей низкой температуре Кюри , приблизительно 386 К (113 °C; 235 °F), хромированная лента подходила для высокоскоростного термомагнитного копирования аудио- и видеокассет для продажи предварительно записанной продукции на потребительском и промышленном рынках. [5]
DuPont лицензировала продукт Sony в Японии и BASF в Германии в начале 1970-х годов для регионального производства и распространения. Японские конкуренты разработали аудиокассеты Type II с адсорбированным кобальтом (TDK: Avilyn ) и ферритом кобальта (Maxell: Epitaxial ) «хромовым эквивалентом» и различные форматы видеокассет в качестве заменителей. К этому добавилась проблема, что производство CrO 2 давало токсичные побочные продукты, от которых японским производителям было очень трудно избавиться должным образом. BASF в конечном итоге стал крупнейшим производителем как пигмента диоксида хрома, так и хромовых лент, основывая свои видеокассеты VHS и S-VHS , аудиокассеты и картриджи данных 3480 на этой формуле. DuPont и BASF также представили хром-кобальтовые «смешанные» оксидные пигменты, которые объединяли около 70% модифицированного кобальтом оксида железа с 30% оксида хрома в одном покрытии, предположительно, для обеспечения улучшенных характеристик при меньших затратах, чем чистый хром. Многие высококачественные VHS-кассеты также использовали гораздо меньшее количество хрома в своих формулах, поскольку его магнитные свойства в сочетании с его очищающим эффектом на головках делали его лучшим выбором, чем оксид алюминия или другие немагнитные материалы, добавляемые в VHS-кассету для поддержания чистоты головок. DuPont прекратил производство частиц диоксида хрома в 1990-х годах. Помимо BASF, которая больше не владеет подразделением по производству лент, Bayer AG из Германии, Toda Kogyo и Sakai Chemical из Японии также производят или могут производить магнитные частицы для коммерческого применения.
{{cite encyclopedia}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )