stringtranslate.com

Феррит бария

Феррит бария , сокращенно BaFe, BaM, представляет собой химическое соединение с формулой BaFe
12О
19( BaO  : 6 Fe
2О
3 ). [1] Этот и родственные ферритовые материалы являются компонентами карт с магнитной полосой и магнитов громкоговорителей .

BaFe описывается как Ba2+
Фе3+
12О2−
19. Фе3+
Центры ферримагнитно связаны , и одна элементарная ячейка BaM имеет чистый магнитный момент 40 μB . [2] Эту область технологии обычно считают приложением смежных областей материаловедения и химии твердого тела .

Феррит бария является высокомагнитным материалом , имеет высокую плотность упаковки, [ необходимо разъяснение ] и является оксидом металла . Исследования этого материала датируются по крайней мере 1931 годом, [3] и он нашел применение в полосах магнитных карт, динамиках и магнитных лентах . [1] Одной из областей, в которой он особенно успешен, является долгосрочное хранение данных; материал является магнитным, устойчивым к изменению температуры, коррозии и окислению. [4]

Химическая структура

Фе​3+
центры с высокоспиновой конфигурацией d 5 связаны ферримагнитно . [2] [5] Эту область технологии обычно считают приложением смежных областей материаловедения и химии твердого тела .

Известно родственное семейство промышленно полезных «гексагональных ферритов», также содержащих барий . [1] В отличие от обычной структуры шпинели , эти материалы характеризуются гексагональной плотноупакованной структурой оксидов. Кроме того, некоторые кислородные центры замещены Ba2+
Ионы. Формулы для этих видов включают BaFe
12О
19, BaFe
15О
23, и BaFe
18О
27. [6]

Одностадийный гидротермальный процесс может быть использован для формирования кристаллов феррита бария путем смешивания хлорида бария , хлорида железа , нитрата калия и гидроксида натрия с соотношением концентраций гидроксида к хлориду 2:1. Наночастицы готовятся из нитрата железа , хлорида бария, цитрата натрия и гидроксида натрия. [7] Однако типичным способом приготовления является прокаливание карбоната бария с оксидом железа (III) : [8]

BaCO
3 + 6  Fe
2О
3 BaFe
12О
19 + СО2

Характеристики

Феррит бария рассматривался для долгосрочного хранения данных. Материал оказался устойчивым к ряду различных воздействий окружающей среды, включая влажность и коррозию. Поскольку ферриты уже окислены, они не могут окисляться дальше. Это одна из причин, по которой ферриты так устойчивы к коррозии. [9] Феррит бария также оказался устойчивым к термическому размагничиванию, еще одной проблеме, распространенной при долгосрочном хранении. [4] Температура Кюри обычно составляет около 450 °C (723K).

Когда бариевые ферритовые магниты повышаются при повышении температуры, их высокая собственная коэрцитивная сила улучшается, что делает их более устойчивыми к термическому размагничиванию. Ферритовые магниты являются единственным типом магнитов, которые становятся существенно более устойчивыми к размагничиванию при повышении температуры. Эта характеристика бариевого феррита делает его популярным выбором в конструкциях двигателей и генераторов, а также в громкоговорителях. Ферритовые магниты могут использоваться при температурах до 300 °C, что делает их идеальными для использования в указанных выше приложениях. Ферритовые магниты являются чрезвычайно хорошими изоляторами и не позволяют электрическому току протекать через них, и они хрупкие, что показывает их керамические характеристики. Ферритовые магниты также обладают хорошими свойствами обработки, что позволяет резать материал во многих формах и размерах. [10]

Химические свойства

Ферриты бария — это прочная керамика , которая, как правило, устойчива к влаге и коррозии. [9] Феррит Ba‑Fe — это оксид, поэтому он не разрушается из-за окисления так, как это может произойти с металлическим сплавом; это обеспечивает Ba‑Fe гораздо большую продолжительность жизни. [4]

Механические свойства

Металлические частицы (МЧ) использовались для хранения данных на лентах и ​​магнитных полосах, но они достигли своего предела для хранения данных большой емкости. Чтобы увеличить свою емкость на (25×) на ленте данных, МЧ пришлось увеличить длину ленты на (45%) и плотность дорожек более чем на (500%), что потребовало уменьшения размера отдельных частиц. По мере уменьшения размера частиц пассивирующее покрытие, необходимое для предотвращения окисления и ухудшения МЧ, должно было стать толще. Это представляло собой проблему, поскольку по мере увеличения толщины пассивирующего покрытия становилось все труднее достичь приемлемого соотношения сигнал/шум.

Феррит бария полностью превосходит MP, в основном потому, что Ba‑Fe уже находится в окисленном состоянии и поэтому не ограничен в размере защитным покрытием. Также из-за его гексагональной структуры его легче организовать по сравнению с неорганизованным стержнем, таким как MP. Другим фактором является разница в размере частиц, в MP размер варьируется от 40 до 100 нм, в то время как Ba‑Fe составляет всего 20 нм. Таким образом, самая маленькая частица MP все еще в два раза больше частиц BaFe. [11]

Приложения

Феррит бария используется в ленточных накопителях и дискетах.

Феррит бария используется в таких приложениях, как носители информации, постоянные магниты и карты с магнитной полосой (кредитные карты, гостиничные ключи, удостоверения личности). Благодаря стабильности материала его можно значительно уменьшить в размерах, что значительно увеличивает плотность упаковки. Более ранние устройства носителей информации использовали легированные игольчатые оксидные материалы для получения значений коэрцитивности, необходимых для записи. В последние десятилетия феррит бария заменил игольчатые оксиды; без каких-либо легирующих добавок игольчатые оксиды дают очень низкие значения коэрцитивности, что делает материал очень магнитно-мягким, в то время как более высокие уровни коэрцитивности феррита бария делают материал магнитно-твердым и, таким образом, превосходным выбором для приложений в качестве записывающего материала.

Магнитные полосы

Идентификационные карты с использованием феррита бария изготавливаются с магнитным отпечатком пальца, который идентифицирует их, позволяя считывателям проводить самокалибровку. [12]

Магниты для динамиков

Феррит бария является распространенным материалом для магнитов динамиков. Материалы могут быть сформированы практически в любую форму и размер с помощью процесса, называемого спеканием , при котором порошкообразный феррит бария прессуется в форму, а затем нагревается до тех пор, пока он не сплавится вместе. Феррит бария превращается в твердый блок, сохраняя при этом свои магнитные свойства. Магниты обладают превосходной устойчивостью к размагничиванию, что позволяет им оставаться полезными в динамиках в течение длительного периода времени. [13]

Ленточные носители данных

Феррит бария используется для корпоративного уровня [14] и коммерческих линейных ленточных носителей с открытым ленточным креплением (LTO). Благодаря своей высокой плотности феррит бария привел к улучшению емкости данных как на корпоративных, так и на LTO-лентах по сравнению с предыдущей технологией носителей с металлическими частицами (MP). [15]

Разработки в этой области также привели к уменьшению размера частиц BaFe до примерно 20 нм. Это контрастирует с технологией MP, которая имеет проблемы с уменьшением частиц свыше 100 нм. [4] Феррит бария имеет лучшие упаковочные свойства, чем большинство других металлических частиц, из-за отличительной формы частиц. [4] Это приводит к лучшему контролю над магнитной ориентацией и улучшенным характеристикам сигнал-шум. [14]

Естественное явление

Соединение встречается в природе, хотя и чрезвычайно редко. Оно называется бариоферритом и связано с пирометаморфизмом. [16] [17]

Ссылки

  1. ^ abc Pullar, Robert C. (2012). «Гексагональные ферриты: обзор синтеза, свойств и применения керамики на основе гексаферрита». Progress in Materials Science . 57 (7): 1191–1334. doi :10.1016/j.pmatsci.2012.04.001. ISSN  0079-6425.
  2. ^ ab Cao, HB; Zhao, ZY; Lee, M.; Choi, ES; McGuire, MA; Sales, BC; Zhou, HD; Yan, J.-Q.; Mandrus, DG (1 июня 2015 г.). "Высокотемпературный рост плавающей зоны и структурные свойства ферримагнитного квантового параэлектрика BaFe12O19". APL Materials . 3 (6): 062512. arXiv : 1503.02568 . Bibcode : 2015APLM....3f2512C. doi : 10.1063/1.4922934 . S2CID  98312433.
  3. ^ Guillissen, Joseph; van Rysselberghe, Pierre J. (1931). «Исследования цинковых и бариевых ферритов». J. Electrochem. Soc. 59 (1): 95–106. doi :10.1149/1.3497845. S2CID  97566562.
  4. ^ abcde Уотсон, Марк Л.; Бирд, Роберт А.; Кьенц, Стивен М.; Фибек, Тимоти У. (2008). «Исследование эффектов термического размагничивания в данных, записанных на усовершенствованных носителях на основе бариевого феррита». IEEE Trans. Magn. 44 (11): 3568–3571. Bibcode : 2008ITM....44.3568W. doi : 10.1109/TMAG.2008.2001591. S2CID  22303270.
  5. ^ Rowley, SE; Chai, Yi-Sheng; Shen, Shi-Peng; Sun, Young; Jones, AT; Watts, BE; Scott, JF (17 мая 2016 г.). "Одноосная сегнетоэлектрическая квантовая критичность в мультиферроидных гексаферритах BaFe12O19 и SrFe12O19". Scientific Reports . 6 (1): 25724. Bibcode :2016NatSR...625724R. doi :10.1038/srep25724. ISSN  2045-2322. PMC 4869023 . PMID  27185343. 
  6. ^ Гото, Ясумаса; Такада, Тосио (1960). «Фазовая диаграмма системы BaO - Fe
    2    О
    3    ". J. Am. Ceram. Soc. 43 (3): 150–153. doi :10.1111/j.1151-2916.1960.tb14330.x.
  7. ^ Ниази, Шахида Б. (2016). «Сольвотермальные / гидротермальные методы синтеза наноматериалов». В Хан, Шер Бахадар; Асири, Абдулла М.; Ахтар, Калсум (ред.). Наноматериалы и их захватывающие свойства . Развитие и перспективные применения нанонауки и нанотехнологий. Том 1. Издательство Bentham Science Publishers . С. 181–238. ISBN 9781681081779.
  8. ^ Хек, Карл (1974). "Керамические магнитные материалы (ферриты)". Магнитные материалы и их применение . Баттервортс . С. 291–294. ISBN 9781483103174.
  9. ^ аб Окадзаки, Чисато; Мори, Сабуро; Канамару, Фумиказу (1961). «Магнитные и кристаллографические свойства гексагонального моноферрита бария BaO • Fe
    2    О
    3    ". J. Phys. Soc. Jpn. 16 (3): 119. doi : 10.1143/JPSJ.16.119.
  10. ^ "Характеристики ферритовых магнитов". e-Magnets UK . Получено 8 декабря 2013 г.
  11. ^ "Barium ferrite: Overview". Fujifilm . Архивировано из оригинала 13 августа 2017 г. Получено 13 августа 2017 г.
  12. ^ Хани, Джерард (2000). «Системы идентификации на основе карт». Электронный контроль доступа . Newnes . С. 47–55. ISBN 9780750644730.
  13. ^ "Твёрдые ферритовые (керамические) магниты". Magnaworks Technology. Архивировано из оригинала 20 октября 2018 года . Получено 8 декабря 2013 года .
  14. ^ ab "Бариевый феррит: Обзор". Хранение данных. Fujifilm Technologies. Соединенные Штаты: Fujifilm .
  15. ^ "Магнитная лента на основе бария и феррита FujiFilm устанавливает мировой рекорд плотности данных: 29,5 миллиарда бит на квадратный дюйм" (пресс-релиз). Fujifilm . 22 января 2010 г. Архивировано из оригинала 19 октября 2020 г. Получено 12 октября 2020 г.
  16. ^ "Бариоферрит". mindat.org .
  17. ^ "Список минералов". ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.