Bariumferrit – Wikipedia

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Bariumferrit, abgekürzt BaFe, BaM, ist die chemische Verbindung mit der Formel BaFe12Ö19. Dieses und verwandte Ferritmaterialien sind Bestandteile von Magnetstreifenkarten und Lautsprechermagneten. BaFe wird als Ba beschrieben2+(Fe3+)12(Ö2−)19. Das Fe3+ Zentren sind ferromagnetisch gekoppelt.[1] Dieser Technologiebereich wird üblicherweise als Anwendung der verwandten Bereiche der Materialwissenschaften und der Festkörperchemie angesehen.

Bariumferrit ist ein hochmagnetisches Material, hat eine hohe Packungsdichte,[clarification needed] und ist ein Metalloxid. Studien zu diesem Material stammen mindestens aus dem Jahr 1931,[2] und es hat Anwendungen in Magnetkartenstreifen, Lautsprechern und Magnetbändern gefunden.[3] Ein Bereich, in dem es besonders erfolgreich war, ist die langfristige Datenspeicherung. Das Material ist magnetisch, beständig gegen Temperaturänderungen, Korrosion und Oxidation.[4]

Chemische Struktur[edit]

Das Fe3+ Zentren mit einem High-Spin d5 Konfiguration, sind ferromagnetisch gekoppelt.[1] Dieser Technologiebereich wird üblicherweise als Anwendung der verwandten Bereiche der Materialwissenschaften und der Festkörperchemie angesehen.

Eine verwandte Familie von industriell nützlichen “hexagonale Ferrite” sind bekannt, auch Barium enthaltend.[3] Im Gegensatz zur üblichen Spinellstruktur weisen diese Materialien ein hexagonales dicht gepacktes Gerüst aus Oxiden auf. Darüber hinaus werden einige der Sauerstoffzentren durch Ba ersetzt2+ Ionen. Formeln für diese Arten umfassen BaFe12Ö19, BaFe15Ö23und BaFe18Ö27.[5]

Ein einstufiges hydrothermales Verfahren kann verwendet werden, um Kristalle von Bariumferrit durch Mischen von Bariumchlorid, Eisenchlorid, Kaliumnitrat und Natriumhydroxid mit einem Konzentrationsverhältnis von Hydroxid zu Chlorid von 2: 1 zu bilden. Nanopartikel werden aus Eisen (III) -nitrat, Bariumchlorid, Natriumcitrat und Natriumhydroxid hergestellt.[6] Die typische Herstellung besteht jedoch darin, Bariumcarbonat mit Eisen (III) -oxid zu kalzinieren:[7]

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Eigenschaften[edit]

Bariumferrit wurde für die langfristige Datenspeicherung in Betracht gezogen. Das Material hat sich als beständig gegen verschiedene Umweltbelastungen erwiesen, einschließlich Feuchtigkeit und Korrosion. Da Ferrite bereits oxidiert sind, können sie nicht weiter oxidiert werden. Dies ist einer der Gründe, warum Ferrite so korrosionsbeständig sind.[8] Bariumferrit erwies sich auch als beständig gegen thermische Entmagnetisierung, ein weiteres Problem, das bei der Langzeitlagerung häufig auftritt.[4] Die Curie-Temperatur liegt typischerweise bei 450 ° C (723 K).

Wenn die Temperatur von Bariumferritmagneten ansteigt, verbessert sich ihre hohe intrinsische Koerzitivkraft, was sie widerstandsfähiger gegen thermische Entmagnetisierung macht. Ferritmagnete sind die einzigen Arten von Magneten, die mit steigender Temperatur wesentlich widerstandsfähiger gegen Entmagnetisierung werden. Diese Eigenschaft von Bariumferrit macht es zu einer beliebten Wahl bei Motor- und Generatorkonstruktionen sowie bei Lautsprecheranwendungen. Ferritmagnete können bei Temperaturen bis zu 300 ° C verwendet werden, was sie perfekt für die oben genannten Anwendungen macht. Ferritmagnete sind extrem gute Isolatoren und lassen keinen elektrischen Strom durch sie fließen. Sie sind spröde, was ihre keramischen Eigenschaften zeigt. Ferritmagnete haben auch gute Bearbeitungseigenschaften, wodurch das Material in viele Formen und Größen geschnitten werden kann.[9]

Chemische Eigenschaften[edit]

Bariumferrite sind robuste Keramiken, die im Allgemeinen feuchtigkeitsbeständig und korrosionsbeständig sind.[8]

BaFe ist auch ein Oxid, so dass es aufgrund von Oxidation nicht so stark zerfällt wie eine Metalllegierung. BaFe eine viel höhere Lebenserwartung geben.[4]

Mechanische Eigenschaften[edit]

Metallpartikel (MP) wurden zum Speichern von Daten auf Bändern und Magnetstreifen verwendet, haben jedoch ihre Grenze für die Datenspeicherung mit hoher Kapazität erreicht. Um ihre Kapazität auf dem Datenband um das (25-fache) zu erhöhen, musste der MP die Bandlänge um (45%) und die Spurdichte um über (500%) erhöhen, was es erforderlich machte, die Größe der einzelnen Partikel zu verringern. Da die Partikel verkleinert wurden, musste die Passivierungsbeschichtung, die erforderlich war, um die Oxidation und Verschlechterung des MP zu verhindern, dicker werden. Dies stellte ein Problem dar, da es mit zunehmender Dicke der Passivierungsbeschichtung schwieriger wurde, ein akzeptables Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.

Bariumferrit übertrifft die Klassen MP vollständig, hauptsächlich weil sich BaFe bereits in seinem oxidierten Zustand befindet und daher in seiner Größe nicht durch eine Schutzbeschichtung eingeschränkt ist. Auch aufgrund seines hexagonalen Musters ist es einfacher zu organisieren als der unorganisierte Stab wie MP. Ein weiterer Faktor ist der Unterschied in der Größe der Partikel. In MP reicht die Größe von 40 bis 100 nm, während der BaFe nur 20 nm beträgt. Das kleinste MP-Partikel ist also immer noch doppelt so groß wie die BaFe-Partikel.[10]

Anwendungen[edit]

Bariumferrit wird in Bandlaufwerken und Disketten verwendet.

Bariumferrit wird in Anwendungen wie Aufzeichnungsmedien, Permanentmagneten und Magnetstreifenkarten (Kreditkarten, Hotelschlüssel, ID-Karten) verwendet. Aufgrund der Stabilität des Materials kann es stark verkleinert werden, wodurch die Packungsdichte viel größer wird. Frühere Medienvorrichtungen verwendeten dotierte nadelförmige Oxidmaterialien, um die zur Aufzeichnung erforderlichen Koerzitivfeldstärken zu erhalten. In den letzten Jahrzehnten hat Bariumferrit nadelförmige Oxide ersetzt; Ohne Dotierstoffe erzeugen die nadelförmigen Oxide sehr niedrige Koerzitivfeldstärken, wodurch das Material sehr magnetisch weich wird, während die höheren Koerzitivkraftniveaus von Bariumferrit das Material magnetisch hart machen und somit eine überlegene Wahl für die Aufzeichnung von Materialanwendungen sind.

Magnetstreifen[edit]

ID-Karten aus Bariumferrit werden mit einem magnetischen Fingerabdruck hergestellt, der sie identifiziert und es den Lesern ermöglicht, sich selbst zu kalibrieren.[11]

Lautsprechermagnete[edit]

Bariumferrit ist ein übliches Material für Lautsprechermagnete. Die Materialien können unter Verwendung eines als Sintern bezeichneten Verfahrens in nahezu jede Form und Größe gebracht werden, wobei pulverisiertes Bariumferrit in eine Form gepresst und dann erhitzt wird, bis es miteinander verschmilzt. Der Bariumferrit verwandelt sich in einen festen Block, wobei seine magnetischen Eigenschaften erhalten bleiben. Die Magnete haben eine ausgezeichnete Entmagnetisierungsbeständigkeit, so dass sie über einen langen Zeitraum in Lautsprechereinheiten noch nützlich sind.[12]

Lineares Band öffnen[edit]

Bariumferrit wird zur Lagerung von Linear Tape-Open (LTO) verwendet. Bariumferrit könnte aufgrund seiner hohen Datendichte zu zukünftigen Verbesserungen bei LTO-Bändern führen.[13]

Entwicklungen auf diesem Gebiet haben auch zu einer Verringerung der Größe von BaFe-Partikeln auf etwa 20 nm geführt. Dies steht im Gegensatz zur MP-Technologie, die aufgrund von Problemen beim Schrumpfen der Partikel über 100 nm als weniger vielversprechend angesehen wird[clarification needed].[4]

Die Form ist ein weiterer Faktor. Metallpartikel sind oft zylindrische Formen, die sich nicht gut verpacken oder stapeln lassen. Bariumferrit hat bessere Packungseigenschaften. BaFe kann aufgrund seiner kreisförmigen Struktur auf eine kleinere Größe und eine höhere Packungsdichte reduziert und besser gestapelt werden[clarification needed].[4]

Natürliches Vorkommen[edit]

Die Verbindung kommt in der Natur vor, ist jedoch äußerst selten. Es heißt Barioferrit und ist mit Pyrometamorphismus verwandt.[14][15]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b Shriver, Duward F.; Atkins, Peter W.; Overton, Tina L.; Rourke, Jonathan P.; Weller, Mark T.; Armstrong, Fraser A. (2006). Anorganische Chemie von Shriver & Atkins (4. Aufl.). New York: WH Freeman. ISBN 0-7167-4878-9.
  2. ^ Guillissen, Joseph; Van Rysselberghe, Pierre J. (1931). “Studien zu Zink- und Bariumferriten”. J. Electrochem. Soc. 59 (1): 95–106. doi:10.1149 / 1.3497845.
  3. ^ ein b Pullar, Robert C. (2012). “Hexagonale Ferrite: Ein Überblick über die Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von Hexaferritkeramiken”. Fortschritte in der Materialwissenschaft. 57 (7): 1191–1334. doi:10.1016 / j.pmatsci.2012.04.001.
  4. ^ ein b c d e Watson, Mark L.; Beard, Robert A.; Kientz, Steven M.; Feebeck, Timothy W. (2008). “Untersuchung der thermischen Entmagnetisierungseffekte in Daten, die auf fortschrittlichen Bariumferrit-Aufzeichnungsmedien aufgezeichnet wurden”. IEEE Trans. Magn. 44 (11): 3568–3571. doi:10.1109 / TMAG.2008.2001591. S2CID 22303270.
  5. ^ Gehe zu Yasumasa; Takada, Toshio (1960). “Phasendiagramm des Systems BaO-Fe2Ö3“. Marmelade. Ceram. Soc. 43 (3): 150–153. doi:10.1111 / j.1151-2916.1960.tb14330.x.
  6. ^ Niazi, Shahida B. (2016). “Solvothermische / hydrothermale Synthesemethoden für Nanomaterialien”. In Khan Sher Bahadar; Asiri, Abdullah M.; Akhtar, Kalsoom (Hrsg.). Nanomaterialien und ihre faszinierenden Eigenschaften. Entwicklung und prospektive Anwendung von Nanowissenschaften und Nanotechnologie. 1. Bentham Science Publishers. S. 181–238. ISBN 9781681081779.
  7. ^ Heck, Carl (1974). “Keramische Magnetmaterialien (Ferrite)”. Magnetische Materialien und ihre Anwendungen. Butterworths. S. 291–294. ISBN 9781483103174.
  8. ^ ein b Okazaki, Chisato; Mori, Saburo; Kanamaru, Fumikazu (1961). “Magnetische und kristallographische Eigenschaften von hexagonalem Bariummono-Ferrit, BaO • Fe2Ö3“. J. Phys. Soc. Jpn. 16 (3): 119. doi:10.1143 / JPSJ.16.119.
  9. ^ “Eigenschaften von Ferritmagneten”. e-Magnets UK. Abgerufen 8. Dezember 2013.
  10. ^ “Bariumferrit: Übersicht”. Fujifilm. Abgerufen 13. August 2017.
  11. ^ Honey, Gerard (2000). “Kartenbasierte Identifikationssysteme”. Elektronische Zugangskontrolle. Newnes. S. 47–55. ISBN 9780750644730.
  12. ^ “Magnete aus hartem Ferrit (Keramik)”. Magnaworks-Technologie. Abgerufen 8. Dezember 2013.
  13. ^ “FUJiFILM Barium-Ferrit-Magnetband stellt Weltrekord in der Datendichte auf: 29,5 Milliarden Bits pro Quadratzoll” (Pressemitteilung). Fujifilm. 22. Januar 2010. Abgerufen 2020-10-12.
  14. ^ https://www.mindat.org/min-39567.html
  15. ^ https://www.ima-mineralogy.org/Minlist.htm