La ferrita de bario , abreviada BaFe, BaM, es el compuesto químico con la fórmula BaFe
12Oh
19( BaO : 6 Fe
2Oh
3 ). [1] Este y otros materiales de ferrita relacionados son componentes de las tarjetas de banda magnética y de los imanes de los altavoces .
BaFe se describe como Ba2+
Fé3+
12Oh2−
19. La Fe3+
Los centros están acoplados ferromagnéticamente y una celda unitaria de BaM tiene un momento magnético neto de 40 μ B. [2] Esta área de la tecnología suele considerarse una aplicación de los campos relacionados de la ciencia de los materiales y la química del estado sólido .
La ferrita de bario es un material altamente magnético , tiene una alta densidad de empaquetamiento, [ aclaración necesaria ] y es un óxido metálico . Los estudios de este material datan al menos de 1931, [3] y ha encontrado aplicaciones en tiras de tarjetas magnéticas, altavoces y cintas magnéticas . [1] Un área en particular en la que ha tenido éxito es el almacenamiento de datos a largo plazo; el material es magnético, resistente a los cambios de temperatura, la corrosión y la oxidación. [4]
La Fe3+
Los centros, con una configuración d 5 de alto espín , están acoplados ferromagnéticamente . [2] [5] Esta área de la tecnología suele considerarse una aplicación de los campos relacionados de la ciencia de los materiales y la química del estado sólido .
Se conoce una familia relacionada de "ferritas hexagonales" de utilidad industrial que también contienen bario . [1] En contraste con la estructura de espinela habitual, estos materiales presentan una estructura compacta hexagonal de óxidos. Además, algunos de los centros de oxígeno están reemplazados por Ba2+
iones. Las fórmulas para estas especies incluyen BaFe
12Oh
19, FeBa
15Oh
23, y BaFe
18Oh
27. [6]
Se puede utilizar un proceso hidrotermal de un solo paso para formar cristales de ferrita de bario, mezclando cloruro de bario , cloruro ferroso , nitrato de potasio e hidróxido de sodio con una relación de concentración de hidróxido a cloruro de 2:1. Las nanopartículas se preparan a partir de nitrato férrico , cloruro de bario, citrato de sodio e hidróxido de sodio. [7] Sin embargo, la preparación típica es calcinando carbonato de bario con óxido de hierro (III) : [8]
La ferrita de bario se ha considerado para el almacenamiento de datos a largo plazo. El material ha demostrado ser resistente a una serie de diferentes tensiones ambientales, incluidas la humedad y la corrosión. Debido a que las ferritas ya están oxidadas, no se pueden oxidar más. Esta es una de las razones por las que las ferritas son tan resistentes a la corrosión. [9] La ferrita de bario también demostró ser resistente a la desmagnetización térmica, otro problema común en el almacenamiento a largo plazo. [4] La temperatura de Curie suele rondar los 450 °C (723 K).
Cuando los imanes de ferrita de bario aumentan de temperatura, su alta coercitividad intrínseca mejora, lo que los hace más resistentes a la desmagnetización térmica. Los imanes de ferrita son el único tipo de imanes que se vuelven sustancialmente más resistentes a la desmagnetización a medida que aumenta la temperatura. Esta característica de la ferrita de bario la convierte en una opción popular en diseños de motores y generadores y también en aplicaciones de altavoces. Los imanes de ferrita se pueden utilizar a temperaturas de hasta 300 °C, lo que los hace perfectos para su uso en las aplicaciones mencionadas anteriormente. Los imanes de ferrita son aislantes extremadamente buenos y no permiten que fluya ninguna corriente eléctrica a través de ellos y son frágiles, lo que demuestra sus características cerámicas. Los imanes de ferrita también tienen buenas propiedades de mecanizado, lo que permite que el material se corte en muchas formas y tamaños. [10]
Las ferritas de bario son cerámicas robustas que generalmente son estables a la humedad y resistentes a la corrosión. [9] La ferrita de Ba-Fe es un óxido, por lo que no se descompone debido a la oxidación tanto como lo haría una aleación de metal, lo que le da al Ba-Fe una expectativa de vida mucho mayor. [4]
Las partículas metálicas (PM) se han utilizado para almacenar datos en cintas y bandas magnéticas, pero han alcanzado su límite para el almacenamiento de datos de alta capacidad. Para aumentar su capacidad en (25x) en cintas de datos, las PM tuvieron que aumentar la longitud de la cinta en (45%) y la densidad de pistas en más de (500%), lo que hizo necesario reducir el tamaño de las partículas individuales. A medida que se reducía el tamaño de las partículas, el revestimiento de pasivación necesario para evitar la oxidación y el deterioro de las PM tuvo que hacerse más grueso. Esto presentó un problema, ya que a medida que el revestimiento de pasivación se hacía más grueso, se hacía más difícil lograr una relación señal/ruido aceptable.
La ferrita de bario supera por completo a la MP, principalmente porque el Ba‑Fe ya está en su estado oxidado y, por lo tanto, no está restringido en su tamaño por una capa protectora. Además, debido a su patrón hexagonal, es más fácil de organizar en comparación con la MP no organizada, como una varilla. Otro factor es la diferencia en el tamaño de las partículas: en la MP, el tamaño varía de 40 a 100 nm, mientras que en la Ba‑Fe es de solo 20 nm. Por lo tanto, la partícula más pequeña de MP sigue siendo el doble del tamaño de las partículas de BaFe. [11]
La ferrita de bario se utiliza en aplicaciones como medios de grabación, imanes permanentes y tarjetas de banda magnética (tarjetas de crédito, llaves de hotel, tarjetas de identificación). Debido a la estabilidad del material, se puede reducir en gran medida su tamaño, lo que hace que la densidad de empaquetamiento sea mucho mayor. Los dispositivos de medios anteriores utilizaban materiales de óxido acicular dopado para producir los valores de coercitividad necesarios para la grabación. En las últimas décadas, la ferrita de bario ha reemplazado a los óxidos aciculares; sin ningún dopante, los óxidos aciculares producen valores de coercitividad muy bajos, lo que hace que el material sea muy magnéticomente blando, mientras que los niveles de coercitividad más altos de la ferrita de bario hacen que el material sea magnéticamente duro y, por lo tanto, una opción superior para aplicaciones de material de grabación.
Las tarjetas de identificación que utilizan ferrita de bario están hechas con una huella magnética que las identifica, lo que permite a los lectores autocalibrarse. [12]
La ferrita de bario es un material común para los imanes de los altavoces. Los materiales se pueden moldear en casi cualquier forma y tamaño mediante un proceso llamado sinterización , mediante el cual la ferrita de bario en polvo se prensa en un molde y luego se calienta hasta que se fusiona. La ferrita de bario se convierte en un bloque sólido mientras aún conserva sus propiedades magnéticas. Los imanes tienen una excelente resistencia a la desmagnetización, lo que les permite seguir siendo útiles en unidades de altavoces durante un largo período de tiempo. [13]
La ferrita de bario se utiliza en medios de almacenamiento en cintas LTO ( lineal tape-open ) de nivel empresarial [14] y de nivel comercial . Debido a su alta densidad, la ferrita de bario ha permitido mejorar la capacidad de datos tanto en cintas LTO como empresariales en comparación con la tecnología de medios de partículas metálicas (MP) anterior. [15]
Los avances en este campo también han permitido reducir el tamaño de las partículas de BaFe a unos 20 nm, lo que contrasta con la tecnología MP, que tiene problemas para reducir el tamaño de las partículas más allá de los 100 nm. [4] La ferrita de bario tiene mejores propiedades de empaquetamiento que la mayoría de las demás partículas metálicas debido a su forma distintiva. [4] Esto permite un mejor control de la orientación magnética y unas características de relación señal-ruido mejoradas. [14]
El compuesto se encuentra en la naturaleza, aunque es extremadamente raro. Se llama barioferrita y está relacionado con el pirometamorfismo. [16] [17]
![{\displaystyle {\ce {->[{\text{Δ}}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/75d5d7f52b701b6c4f9d85e22372bcec275983ee)