Феррит бария
 Кристаллическая структура феррита бария
| |
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol )
|
|
| Информационная карта ECHA | 100.031.782 |
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| BaFe12OBaFe12O19 | |
| Молярная масса | 1 111 .448 g·mol −1 |
| Появление | черный сплошной |
| Плотность | 5,28 г/см 3 |
| Температура плавления | 1316 ° C (2401 ° F; 1589 К) |
| нерастворимый | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
бария Феррит , сокращенно BaFe, BaM, представляет собой химическое соединение с формулой BaFe.
12 О
19 ( БаО : 6Fe
22О
3 ). [1] Этот и родственные ферритовые материалы являются компонентами карт с магнитной полосой и магнитов громкоговорителей .
BaFe описывается как Ba 2+
Фе 3+
12 О 2−
19 . Фе 3+
центры ферримагнитно элементарная ячейка BaM имеет чистый магнитный момент 40 мкБ связаны, а одна . [2] Эту область технологии обычно рассматривают как приложение смежных областей материаловедения и химии твердого тела .
Феррит бария является сильномагнитным материалом , имеет высокую плотность упаковки, [ нужны разъяснения ] металла и представляет собой оксид . Исследования этого материала датируются как минимум 1931 годом. [3] и он нашел применение в полосках магнитных карт, динамиках и магнитных лентах . [1] Одна из областей, в которой он особенно добился успеха, — это долговременное хранение данных; материал магнитен, устойчив к перепадам температур, коррозии и окислению. [4]
Химическая структура
[ редактировать ]Фе 3+
центры, с высокоспиновым d 5 конфигурации связаны ферримагнитно . [2] [5] Эту область технологии обычно рассматривают как приложение смежных областей материаловедения и химии твердого тела .
Известно родственное семейство промышленно полезных «гексагональных ферритов», также содержащее барий . [1] В отличие от обычной структуры шпинели эти материалы имеют гексагональный плотноупакованный каркас из оксидов. Кроме того, некоторые кислородные центры заменены Ba. 2+
ионы. Формулы для этих видов включают BaFe.
12 О
19 , БаФе
15 О
23 и БаФе
18 О
27 . [6]
Для образования кристаллов феррита бария можно использовать одностадийный гидротермальный процесс путем смешивания хлорида бария , хлорида железа , нитрата калия и гидроксида натрия с соотношением концентраций гидроксида к хлориду 2:1. Наночастицы получают из нитрата железа , хлорида бария, цитрата натрия и гидроксида натрия. [7] Однако типичным способом получения является прокаливание карбоната бария с оксидом железа (III) : [8]
- Селезенка
3 + 6 Фе
22О
3 БаФе
12 О
19 + СО
2
![{\displaystyle {\ce {->[{\text{D}}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/75d5d7f52b701b6c4f9d85e22372bcec275983ee)
Характеристики
[ редактировать ]Феррит бария рассматривался как средство долговременного хранения данных. Материал доказал свою устойчивость к ряду различных воздействий окружающей среды, включая влажность и коррозию. Поскольку ферриты уже окислены, дальнейшее окисление невозможно. Это одна из причин, почему ферриты настолько устойчивы к коррозии. [9] Феррит бария также оказался устойчивым к термическому размагничиванию, что является еще одной проблемой, часто встречающейся при длительном хранении. [4] Температура Кюри обычно составляет около 450 °C (723K).
Когда температура магнитов из феррита бария повышается, их высокая собственная коэрцитивная сила увеличивается, что делает их более устойчивыми к термическому размагничиванию. Ферритовые магниты — единственный тип магнитов, которые становятся значительно более устойчивыми к размагничиванию при повышении температуры. Эта характеристика феррита бария делает его популярным выбором в конструкциях двигателей и генераторов, а также в громкоговорителях. Ферритовые магниты можно использовать при температуре до 300 °C, что делает их идеальными для использования в упомянутых выше приложениях. Ферритовые магниты являются чрезвычайно хорошими изоляторами и не пропускают через себя электрический ток, а также они хрупкие, что свидетельствует об их керамических характеристиках. Ферритовые магниты также обладают хорошими механическими свойствами, что позволяет резать материал различных форм и размеров. [10]
Химические свойства
[ редактировать ]Ферриты бария представляют собой прочную керамику , которая, как правило, устойчива к влаге и коррозии. [9] Феррит Ba-Fe является оксидом, поэтому он не разрушается из-за окисления в такой степени, как металлический сплав; что дает Ба-Фе гораздо большую продолжительность жизни. [4]
Механические свойства
[ редактировать ]Металлические частицы (МП) использовались для хранения данных на лентах и магнитных полосах, но они достигли своего предела для хранения данных большой емкости. Чтобы увеличить их емкость на ленте данных в (25 раз), МП пришлось увеличить длину ленты на (45%) и плотность дорожек более чем на (500%), что потребовало уменьшения размера отдельных частиц. Поскольку размер частиц уменьшился, пассивирующее покрытие, необходимое для предотвращения окисления и разрушения МП, должно было стать толще. Это представляло проблему, поскольку по мере того, как пассивирующее покрытие становилось толще, становилось все труднее достичь приемлемого соотношения сигнал/шум.
Феррит бария полностью выходит за пределы класса MP, главным образом потому, что Ba-Fe уже находится в окисленном состоянии и поэтому не ограничен по размеру защитным покрытием. Кроме того, благодаря шестиугольному рисунку его легче организовать по сравнению с неорганизованным стержнем, таким как MP. Еще одним фактором является разница в размерах частиц: у МП размер колеблется от 40 до 100 нм, а у Ba‑Fe — всего 20 нм. Таким образом, самая маленькая частица MP по-прежнему в два раза превышает размер частиц BaFe. [11]
Приложения
[ редактировать ]
Феррит бария используется в таких приложениях, как носители информации, постоянные магниты и карты с магнитной полосой (кредитные карты, ключи от отелей, удостоверения личности). Благодаря стабильности материала его можно значительно уменьшить в размерах, что значительно увеличивает плотность упаковки. В более ранних медиаустройствах использовались легированные игольчатые оксидные материалы для получения значений коэрцитивной силы, необходимых для записи. В последние десятилетия феррит бария заменил игольчатые оксиды; без каких-либо добавок игольчатые оксиды производят очень низкие значения коэрцитивной силы, что делает материал очень магнитно-мягким, в то время как более высокие уровни коэрцитивной силы феррита бария делают материал магнитотвердым и, таким образом, превосходным выбором для применения в записывающих материалах.
Магнитные полосы
[ редактировать ]Удостоверения личности с использованием феррита бария изготавливаются с магнитным отпечатком пальца, который идентифицирует их, что позволяет считывателям выполнять самокалибровку. [12]
Магниты для динамиков
[ редактировать ]Феррит бария является распространенным материалом для магнитов динамиков. Материалам можно придать практически 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. 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
[ редактировать ]Феррит бария используется на уровне предприятия. [14] и обычные ленточные носители с линейным открытием ленты (LTO). Благодаря своей высокой плотности феррит бария привел к увеличению емкости данных как на корпоративных лентах, так и на лентах LTO по сравнению с предшествующей технологией носителей с металлическими частицами (MP). [15]
Разработки в этой области также привели к уменьшению размера частиц BaFe примерно до 20 нм. Это контрастирует с технологией MP, у которой есть проблемы с сжатием частиц размером более 100 нм. [4] Феррит бария обладает лучшими упаковочными свойствами, чем частицы большинства других металлов, из-за своеобразной формы частиц. [4] Это приводит к лучшему контролю над магнитной ориентацией и улучшению отношения сигнал/шум. [14]
Естественное явление
[ редактировать ]Соединение встречается в природе, хотя и чрезвычайно редко. Он называется бариоферритом и связан с пирометаморфизмом. [16] [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Пуллар, Роберт К. (2012). «Гексагональные ферриты: обзор синтеза, свойств и применения гексаферритовой керамики» . Прогресс в материаловедении . 57 (7): 1191–1334. дои : 10.1016/j.pmatsci.2012.04.001 . ISSN 0079-6425 .
- ^ Jump up to: а б Цао, Х.Б.; Чжао, ЗЯ; Ли, М.; Чой, Э.С.; Макгуайр, Массачусетс; Продажи, Британская Колумбия; Чжоу, HD; Ян, Ж.-К.; Мандрус, генеральный директор (1 июня 2015 г.). «Рост в плавающей зоне высокого давления и структурные свойства ферримагнитного квантового параэлектрика BaFe12O19» . Материалы АПЛ . 3 (6): 062512. arXiv : 1503.02568 . Бибкод : 2015APLM....3f2512C . дои : 10.1063/1.4922934 . S2CID 98312433 .
- ^ Гиллиссен, Джозеф; ван Риссельберг, Пьер Ж. (1931). «Исследования по ферритам цинка и бария» . Дж. Электрохим. Соц. 59 (1): 95–106. дои : 10.1149/1.3497845 . S2CID 97566562 .
- ^ Jump up to: а б с д и Уотсон, Марк Л.; Борода, Роберт А.; Кинц, Стивен М.; Фибек, Тимоти В. (2008). «Исследование эффектов термического размагничивания данных, записанных на усовершенствованные носители информации из феррита бария». IEEE Транс. Магн. 44 (11): 3568–3571. Бибкод : 2008ITM....44.3568W . дои : 10.1109/TMAG.2008.2001591 . S2CID 22303270 .
- ^ Роули, SE; Чай, И-Шэн; Шен, Ши-Пэн; Сан, Янг; Джонс, AT; Уоттс, Британская Колумбия; Скотт, Дж. Ф. (17 мая 2016 г.). «Одноосная сегнетоэлектрическая квантовая критичность в мультиферроидных гексаферритах BaFe12O19 и SrFe12O19» . Научные отчеты . 6 (1): 25724. Бибкод : 2016NatSR...625724R . дои : 10.1038/srep25724 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4869023 . ПМИД 27185343 .
- ^ Гото, Ясумаса; Такада, Тосио (1960). «Фазовая диаграмма системы BaO – Fe
22О
3 ". J. Am. Ceram. Soc. 43 (3): 150–153. doi : 10.1111/j.1151-2916.1960.tb14330.x . - ^ Ниязи, Шахида Б. (2016). «Сольвотермальные/гидротермальные методы синтеза наноматериалов» . В Хане Шер Бахадар; Асири, Абдулла М.; Ахтар, Калсум (ред.). Наноматериалы и их удивительные свойства . Развитие и перспективные применения нанонауки и нанотехнологий. Том. 1. Издательство «Бентам Сайенс» . стр. 181–238. ISBN 9781681081779 .
- ^ Черт возьми, Карл (1974). «Керамические магнитные материалы (ферриты)» . Магнитные материалы и их применение . Баттервортс . стр. 291–294. ISBN 9781483103174 .
- ^ Jump up to: а б Оказаки, Чисато; Мори, Сабуро; Канамару, Фумикадзу (1961). «Магнитные и кристаллографические свойства гексагонального моноферрита бария BaO • Fe».
22О
3 ". J. Phys. Soc. Jpn. 16 (3): 119. doi : 10.1143/JPSJ.16.119 . - ^ «Характеристики ферритовых магнитов» . Электронные магниты Великобритании . Проверено 8 декабря 2013 г.
- ^ «Феррит бария: Обзор» . Фуджифильм . Архивировано из оригинала 13 августа 2017 года . Проверено 13 августа 2017 г.
- ^ Дорогая, Джерард (2000). «Карточные системы идентификации» . Электронный контроль доступа . Ньюнес . стр. 47–55. ISBN 9780750644730 .
- ^ «Жесткие ферритовые (керамические) магниты» . Технология Магнаворкс. Архивировано из оригинала 20 октября 2018 года . Проверено 8 декабря 2013 г.
- ^ Jump up to: а б «Феррит бария: Обзор» . Хранение данных. Фуджифильм Технологии. США: Фуджифильм .
- ^ «Бариево-ферритовая магнитная лента FujiFilm устанавливает мировой рекорд по плотности данных: 29,5 миллиардов бит на квадратный дюйм» (Пресс-релиз). Фуджифильм . 22 января 2010 г. Архивировано из оригинала 19 октября 2020 г. . Проверено 12 октября 2020 г.
- ^ «Бариоферрит» . Mindat.org .
- ^ «Список минералов» . ima-mineralogy.org . 21 марта 2011 г.