Efecto de la ruta de síntesis y del tratamiento termomecánico en la microestructura y propiedades magnéticas de znfe2o4

Abstract

Las propiedades magnéticas cambian significativamente cuando el tamaño de la ferrita se reduce a una escala nanométrica. Este aspecto se expresa aún más en la ferrita de zinc que tiene una característica singular al cambiar su régimen magnético de paramagnético (PM) a superparamagnético (SPM) y ferrimagnético (FiM), dependiendo del tamaño y de su parámetro de inversión, definido como el porcentaje de cationes de Fe3+ en los sitios tetraédricos de la espinela con la siguiente configuración en su fórmula estequiométrica (Zn1-¿Fe¿)[ Zn¿Fe2-¿]O4. En la presente tesis se ha estudiado el efecto en la ferrita de zinc de la ruta de síntesis y del tratamiento termomecánico en su microestructura y propiedades magnéticas, siendo la variación del parámetro de inversión ¿ un factor determinante, manteniendo constante la proporción estequiométrica de 1:2 entre Zn y Fe. La ferrita de zinc tiene una estructura en equilibrio de espinela normal, ocupando los cationes divalentes del zinc las posiciones tetraédricas (A), y el Fe las octaédricas [B], es un material ideal para establecer la interrelación entre propiedades magnéticas y microestructurales (a: parámetro reticular, ¿: parámetro de inversión y d: tamaño de cristalito), ya que la modificación controlada de éstos permite variar las disposición catiónica, cuya configuración electrónica confiere una acción de supercanje a través del oxígeno entre las posiciones A-B del Fe, que genera ferrimagnetismo (FiM). Las síntesis realizadas han sido mecanosíntesis, síntesis cerámica y Sol-Gel, con unos resultados magnéticos del producto obtenido muy diferentes, que se relacionan con los parámetros estructurales de inversión, tamaño de cristalito y de red obtenidos en dicho punto de partida. A continuación mediante proceso mecánico de molienda en un molino planetario de alta energía que consigue un máximo de desorden catiónico, y posteriores recocidos térmicos que reordenan, se pueden obtener las mismas propiedades estructurales y magnéticas, independientemente de la ruta de síntesis. Cuando se provoca una inversión catiónica de los cationes de Fe3+ que pasan a las posiciones tetraédricas, el comportamiento magnético es ferrimagnético a temperatura ambiente. Este cambio se inicia con un tamaño de partícula nanométrico menor de 100 nm. Se ha comprobado que los resultados magnéticos después de alcanzar un grado de inversión máximo, próximo a 0.60 para un tamaño de partícula de 10-12 nm son semejantes, en la imanación de saturación y campo coercitivo a 5 y 300 K. Mediante el proceso posterior de recocido, con una variación de tamaño de cristalito de 10 a 16 nm, es decir dentro del monodominio, se puede reducir su grado de inversión controladamente. Por tanto los resultados indican que para cualquier proceso de síntesis, una vez conocidos los parámetros estructurales obtenidos, mediante posteriores procesos termomecánicos se puede llegar a las mismas condiciones de estructura que dan como consecuencia el mismo comportamiento magnético.