Propiedades físicas como una función de la distribución de cationes en hexaferritas de Bario tipo M dopadas con los dopantes en los sitios de hierro

Abstract

Se realizó la caracterización microestructural, estructural y magnética de hexaferritas de bario tipo M (BaM) dopadas con dos dopantes en los sitios del Fe3+: (Co3+,Al3+), Co2+,Ti4+) y(Co2+,Sn4+), estableciéndose relaciones cuantitativas entre la cantidad de dopante por sitio cristalográfico y las propiedades de estos sistemas.Se utiliza una generalización del modelo de Gorter y los modelos de distribución de cationes ydel ion simple, presentándose como novedades científicas las predicciones teóricas de la constante de anisotropía magneto-cristalina (K1) y de la intensidad del campo coercitivo (HC), así como la aplicación a la BaM de la ecuación generalizada de Kapustinskii para el cálculo del rango de variación de la distribución de cationes, posibilitándose una mayor comprensión de factores y mecanismos que influyen en la modificación de algunas propiedades magnéticas con la inclusión de pareja de dopantes en los sitios del Fe3+Para investigar la estructura y las propiedades magnéticas fueron empleadas la difracción de rayos X (DRX) y la magnetometría de la muestra rotante (MMR), determinándose los valores de la magnetización de saturación (MS), K1y HC, en función de la cantidad de dopante por fórmula unidad (x) y de la distribución de dopantes en los sitios del Fe3+, con 0 ≤x ≤1.3. Para la interpretación de los resultados se denominó un xcrítico, valor de x para el cual comenzaron a desaparecer las reflexiones características de laBaM. Para los tres sistemas estudiados se obtuvo xcrítico = 0.5. Se comparan las estimaciones teóricas y las mediciones de las magnitudes estudiadas, apreciándose resultados satisfactorios, aunque para K1se observaron diferencias entre las predicciones del modelo y la caracterización magnética, debido a factores que el modelo no considera, tales como la presencia de otras fases y de poros en el compuesto, defectos superficiales y tensiones en la estructura a partir de xcrítico. También existieron diferencias significativas entre sistemas, en dependencia del tipo de iones sustitutos y de su distribución en los sitios del Fe3+Las mejores congruencias entre predicciones y resultados experimentales tuvieron lugar cuando las condiciones de obtención de las muestras se aproximaron más a las óptimas para su preparación. Microestructural, structural and magnetic characterization of M-type substituted barium hexaferrites (BaM) was carried out, with two dopants in Fe3+sites: (Co3+,Al3+), (Co 2+,Ti4+) and (Co2+,Sn4+), establishing quantitative relationships between substitute amount per crystallographic site and properties of these systems.A generalized Gorter model, model of cations distribution and model of single ion were used,showing up as scientific novelties the theoretical predictions of magneto-crystalline constant (K1) and coercivity (HC), as well as the application to BaM of a Generalized Kapustinskii quation for the calculation of cations distribution variation range, being facilitated a bigger understanding of factors and mechanisms influence in magnetic properties modification with dopants couple inclusion in Fe3+sites.Various techniques, such as X-ray diffraction (XRD) and rotating sample magnetometer (RSM)were used to examine the structure and magnetic properties. Saturation magnetization (MS), K1 and HCwere determined as a function of dopant amount per formula units (x) and their distribution in Fe3+sites with 0 ≤x ≤1.3.xcriticalwas denominated in the interpretation of results, the substitute amount starting from which characteristic reflections of BaM began to not being present. It was obtained xcritical = 0.5.Measurements and predictions ofthe studied magnitudes were compared, obtaining satisfactory results, although for K1it was showed difference between model predictions and magnetic characterization, due to factors that the model doesn’t consider, such as presence of other phases and pores, superficial defects and structure strain. Significant differences between systems also were obtained, in dependence of dopant ions type and their distribution in Fe3+sites. It was found that the best consistencies between the models and measurements took place when the experimental conditions during samples obtaining approached more to the optimum preparation conditions.