Efecto de la ruta de síntesis y del tratamiento termomecánico en la microestructura y propiedades magnéticas de ZnFe2O4

Tesis realizada en el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM)
El interés por las ferritas, se remonta ya a finales del siglo XIX con el desarrollo científico y tecnológico, consolidándose con la producción de aleaciones y procesos productivos en las décadas de 1930 y 1940 hasta nuestros días por sus aplicaciones de transformación eléctrica, dispositivos electrónicos, antenas, sensores, entre otras, dependiendo de sus características magnéticas blandas o duras como materiales cerámicos de óxidos de hierro. 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-δFeδ)[ ZnδFe2-δ]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 δ 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, δ: 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.