Cấu trúc tinh thể ferrite spinel dạng AB2O4

L ỜI MỞ ĐẦU

1.4. Cấu trúc tinh thể ferrite spinel dạng AB2O4

[17]

Ferrite spinel có cấu trúc tương tự khoáng vật spinel MgO.Al2O₃ (AB₂O₄). Công thức hóa học chung của ferrite spinel là MO.Fe2O₃ hay MFe₂O₄, trong đó M là ion kim loại hóa trị 2. Mặc dù phần lớn ferrite spinel chứa ion hóa trị 3 là Fe3+ nhưng vẫn có thể thay thế một phần hay hoàn toàn bằng các ion hóa trị 3 khác như Al3+

, Cr³⁺, Mn³⁺… Các ion kim loại hóa trị 2 thường là sự kết hợp giữa các ion Mn2+, Ni²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Co²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺… Mặc dù các ion kim loại hóa trị 2 như Mg2+ hay Zn²⁺ không thuận từ nhưng được sử dụng để thay thế ion Fe³⁺ tại các vị trí trong mạng tinh thể để làm tăng moment từ.

Hình 11.Cấu trúc tinh thể ferrite spinel

Ferrite spinel được hình thành từ các oxi có cấu trúc xếp chặt tạo thành ô mạng cơ sở chứa 8 phân tử AB2O₄. Mỗi ô mạng cơ sở chứa 64 lỗ trống tứ diện và 32 lỗ trống bát diện. Để trung hòa điện tích với các ion oxi, chỉ có 8 lỗ trống tứ diện và 16 lỗ trống bát diện chứa các cation kim loại. Các lỗ trống này lần lượt được kí hiệu là A (tứ diện) và B (bát diện).

Quy luật phân bố của các cation hóa trị 2 và 3 vào các lỗ trống tứ diện và bát diện phụ thuộc vào bán kính ion, kích thước lỗ trống, nhiệt độ, xu hướng phối trí và điều kiện tổng hợp. Khi chỉ xét theo bán kính thì các ion hóa trị 2 có kích thước lớn hơn các ion hóa trị 3 và lỗ trống bát diện cũng lớn hơn lỗ trống tứ diện nên các cation hóa trị 3 sẽ chiếm các lỗ trống tứ diện và các cation hóa trị 2 sẽ chiếm các lỗ trống bát diện. Tuy nhiên, đối với các cation như Zn2+, Cd²⁺ sự việc xảy ra ngược lại. Sự phân bố vừa nêu dẫn đến sự tương tác trao đổi giữa các phân mạng và tạo nên trật tự từ đặc trưng của ferrite.

- Các loại spinel + Ferrite spinel thuận

 Trong cấu trúc spinel thuận, cation hóa trị 2 nằm ở vị trí tứ diện (A), cation hóa trị 3 nằm ở vị trí bát diện (B). Ví dụ: đối với ferrite kẽm ZnFe₂O₄, ion Zn²⁺ sẽ chiếm lỗ trống tứ diện, còn Fe3+

sẽ nằm ở lỗ trống bát diện. + Ferrite spinel nghịch

 Trong spinel nghịch, các ion A2+

nằm ở vị trí bát diện, một số nửa B³⁺ phân bố ở vị trí tứ diện, nửa còn lại phân bố ở vị trí bát diện. Ví dụ: đối với ferrite niken NiFe₂O₄ thì một ô mạng cơ sở sẽ gồm 8 phân tử NiFe2O₄, các ion Fe³⁺ưu tiên chiếm lỗ trống tứ diện. Do số lỗ trống này chỉ đủ cho 8 ion Fe3+

nên số ion Fe3+ còn lại và 8 ion Ni2+ sẽ nằm ở lỗ trống bát diện. Các moment từ của Ni²⁺ và Fe³⁺ ở vị trí bát diện sẽ đối song với các moment từ của Fe3+ ở vị trí tứ diện. Kết quả là các moment của Fe3+

bị triệt tiêu, song moment của ion niken lại làm tăng độ từ hóa. Rất nhiều ferrite quan trọng trong kĩ thuật có cấu trúc spinel nghịch.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ -

THẢO LUẬN