Chương 1 : TỔNG QUAN
1.3. Cấu trỳc tinh thể của vật liệu ferit spinel
Cỏc ferit spinel cú cụng thức chung là MeFe2O4. Ở đõy Me là cỏc kim loại húa trị 2+ như: Fe2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+... Hỡnh 1.5 mụ tả cấu trỳc tinh thể của ferit spinel.
Hỡnh 1.5. Cấu trỳc tinh thể của vật liệu ferit spinel [5].
Ferit spinel là thuật ngữ dựng để chỉ loại vật liệu cú hai phõn mạng mà cỏc tương tỏc giữa chỳng là phản sắt từ hoặc ferit từ [7]. Với bỏn kớnh ion của oxy là 0,132 nm lớn hơn rất nhiều so với bỏn kớnh ion của cỏc kim loại trong cấu trỳc (0,06 ữ 0,091 nm) do đú ion oxy trong mạng hầu như nằm sỏt nhau và tạo thành một mạng lập phương tõm mặt xếp chặt [7].
.Cỏc ion kim loại trong mạng spinel chia thành hai nhúm:
Nhúm tứ diện (A): Mỗi ion kim loại được bao bởi 4 ion oxy, ở nhúm này cú 64 vị trớ trống và cú 8 ion kim loại chiếm chỗ, hay vị trớ trống nhiều hơn.
Nhúm bỏt diện (B): Mỗi ion kim loại được bao bởi 6 ion oxy, ở nhúm này cú 32 vị trớ trống và cú 16 ion kim loại chiếm chỗ.
Tựy thuộc vào sự phõn bố cation, cú ba dạng cấu trỳc spinel: - Spinel thuận: Tất cả cỏc ion kim loại Me2+ nằm ở vị trớ tứ diện (A), cỏc ion Fe3+ nằm ở vị trớ bỏt diện (B). Thụng thường, cỏc ferit này được viết dưới dạng:
Bảng 1.1. Thụng số bỏn kớnh của một số ion kim loại [17].
Ion Bỏn kớnh (nm) Fe2+ 0,083 Fe3+ 0,067 Co2+ 0,072 Mn2+ 0,091 Zn2+ 0,082
Me2+[Fe23+]O42-. Vớ dụ ZnFe2O4 và CdFe2O4 ...
- Spinel đảo: Tất cả cỏc ion M2+ nằm ở vị trớ bỏt diện (B), cỏc ion Fe3+ phõn chia đều ở hai vị trớ A và B.Cỏc ferit này được viết dưới dạng: Fe3+[ Me2+ Fe3+]O42-. Vớ dụ NiFe2O4 và CoFe2O4 ...
- Spinel hỗn hợp: Cỏc cation Me2+ và Fe3+ cú thể đồng thời phõn bố ở hai vị trớ A và B. Kiểu cấu trỳc này được mụ tả qua biểu thức sau:
My2+Fe1-y3+[M1-y2+Fe1+y3+]O42-
với 0 ≤ y ≤ 1, y là số lượng ion Fe3+ chiếm vị trớ tứ diện (A), được đặc trưng bởi độ đảo của ferit [7].
Sự phõn bố ion trong ferit spinel chủ yếu phụ thuộc vào độ lớn bỏn kớnh cỏc ion [7]. Do lỗ trống ở vị trớ tứ diện bộ hơn lỗ trống bỏt diện, cho nờn cỏc ion cú bỏn kớnh nhỏ, cú xu hướng chiếm ở vị trớ A. Cỏc ion húa trị 3+ thường cú bỏn kớnh nhỏ hơn ion húa trị 2+. Do đú, ferit spinel cú xu hướng tạo nờn spinel đảo.