Oxit sắt từ Fe3O4 là một oxit hỗn hợp FeO.Fe2O3 thuộc nhóm ceramic từ, được gọi là ferit. Công thức chung: MO.Fe2O3, với M có thể là Fe, Ni, Co, Mn hoặc Cu. Các ferit thường có cấu trúc spinel thuận hoặc spinel nghịch, trong một ô đơn vị đều có 8 vị trí tứ diện và 16 vị trí bát diện. Hình 1.23 biểu diễn một cấu trúc tinh thể ferrite thường gặp.
Hình 1.23. Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp
Trong mỗi ô đơn vị của cấu trúc spinel thuận, những ion hóa trị 3 chiếm các vị trí bát diện, còn những ion hóa trị 2 chiếm vị trí tứ diện. Trong mỗi ô đơn vị của cấu trúc spinel nghịch, những ion hóa trị 2 và 8 ion hóa trị 3 sẽ chiếm vị trí bát diện, những ion hóa trị 3 còn lại sẽ ở vị trí tứ diện. Có thể hình dung một ô đơn vị được chia thành 8 ô nhỏ (formula unit ) như hình 1.24 biểu thị. Dựa vào cấu trúc của Fe3O4 , các spin của 8 ion Fe3+ chiếm các vị trí tứ diện, sắp xếp ngược chiều và khác nhau về độ lớn so với các spin của 8 ion Fe2+, do đó chúng triệt tiêu lẫn nhau. Mỗi phân tử Fe3O4 vẫn có mômen từ của các spin trong ion Fe2+ ở vị trí bát diện gây ra và có độ lớn là 4B (Bohr magneton ). Vì vậy, tinh thể Fe3O4 tồn tại tính dị hướng từ, tính chất khác nhau theo các phương khác nhau. Tứ diện Fe3(3 )d5 Fe2(3 )d6 Bát diện Fe3(3 )d5
Hình 1.24 . Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ Fe3O4
Oxit sắt từ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt,ở kích thước dưới 50 nm, Fe3O4 được xem như các hạt đơn đômen và có tính siêu thuận từ được ứng
Bát diện Tứ diện
dụng chủ yếu trong lĩnh vực y-sinh học, là tác nhân làm tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ, làm phương tiện dẫn truyền thuốc…
Sự biến đổi và ổn định của magnetite
Magnetite dễ bị oxi hóa trong không khí thành maghemite (Fe2O3) theo
phương trình :
4 Fe3O4 + O2 6Fe2O3
Ở nhiệt độ lớn hơn 3000C, magnetite bị oxi hóa thành hematite (Fe2O3) Khi khảo sát các tính chất và ứng dụng của các hạt nano từ, các tính chất vật lý và hóa học ở bề mặt có ý nghĩa rất lớn. Trong các dung dịch, nguyên tử Fe kết hợp với nước, các phân tử nước này dễ phân ly để tạo thành nhóm -OH trên bề mặt oxit sắt. Các nhóm -OH bề mặt là lưỡng tính và có thể phản ứng lại với cả axit hoặc bazơ.