3. Ферриты со структурой шпинели. Нормальная и обращенная шпинели. Магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитные жидкости и магнитоактивные композиты. (Решение → 4251)

Заказ №38757

3. Ферриты со структурой шпинели. Нормальная и обращенная шпинели. Магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитные жидкости и магнитоактивные композиты.

Ответ: Ферриты (оксиферы) — химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие особыми магнитными (ферримагнетики) свойствами, сочетающие высокую намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства, благодаря чему они получили широкое применение как магнитные материалы в радиотехнике, радиоэлектронике, вычислительной технике. Структура и свойства ферритов В состав Феррита входят анионы кислорода O2−, образующие остов их кристаллической решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются катионы Fe3+, имеющие меньший радиус, чем анионы O2−, и катионы Mek+ металлов, которые могут иметь радиусы различной величины и разные валентности k. Существующее между катионами и анионами кулоновское (электростатическое) взаимодействие приводит к формированию определённой кристаллической решётки и к определённому расположению в ней катионов. В результате упорядоченного расположения катионов Fe3+ и Mek+ Ферриты обладают ферримагнетизмом и для них характерны достаточно высокие значения намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гекса ферриты. Ферриты-шпинели имеют структуру минерала шпинели с общей формулой MeFe2O4, где Me — Ni2+ , Co2+ , Fe2+ , Mn2+ , Mg2+ , Li+ , Cu2+ . Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe2O3 и состоящий из 32 анионов O2−, между которыми имеется 64 тетраэдрических (А) и 32 октаэдрических (В) промежутков, частично заселённых катионами Fe3+ и Me2+. В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают промежутки А и В, различают прямые шпинели (немагнитные) и обращенные шпинели (ферримагнитные). В обращенных шпинелях половина ионов Fe3+ находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках — 2-я половина ионов Fe3+ и ионы Me2+. При этом намагниченность октаэдрической подрешётки больше тетраэдрической, что приводит к возникновению ферримагнетизма. Ферриты-гранаты редкоземельных элементов R 3+ (Gd3+ , Tb3+ , Dy3+ , Ho3+ , Er3+ , Sm3+ , Eu 3+) и иттрия Y3+ имеют кубическую структуру граната с общей формулой R3Fe5O12. Элементарная ячейка Феррит-гранатов содержит 8 молекул R3Fe5O12; в неё входит 96 ионов O2−, 24 иона R 3+ и 40 ионов Fe3+. В Феррит-гранатах имеется три типа промежутков, в которых размещаются катионы: большая часть ионов Fe3+ занимает тетраэдрические (d), меньшая часть ионов Fe3+ — октаэдрические (я) и ионы R 3+ — додекаэдрические места (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих промежутки d, а, с, показано на рис. 2. Ортоферритами называют группу Ферритов с орторомбической кристаллической структурой. Их образуют редкоземельные элементы или иттрий по общей формуле RFeO3. Ортоферриты изоморфны минералу перовскиту. По сравнению с Ферритами-гранатами они имеют небольшую намагниченность, так как обладают неколлинеарным антиферромагнетизмом (слабым ферромагнетизмом) и только при очень низких температурах (порядка нескольких К и ниже) — ферримагнетизмом. Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) М-типа имеют общую формулу MeO 6(Fe2O3), где Me — ионы Ba, Sr или Pb. Элементарная ячейка кристаллической решётки гексаферритов состоит из 38 анионов O2−, 24 катионов Fe3+ и 2 катионов Me2+ (Ba2+ , Sr2+ или Pb2+). Ячейка построена из двух шпинельных блоков, разделённых между собой ионами Pb2+ (Ba2+ или Sr2+), O2− и Fe3+. Если окиси железа и бария спекать совместно с соответствующими количествами следующих металлов: Mn, Cr, Со, Ni, Zn, то можно получить ряд новых оксидных ферримагнетиков. Некоторые гексаферриты обладают высокой коэрцитивной силой и применяются для изготовления постоянных магнитов. Большинство Ф. со