Síntesis y caracterización de ferritas hexagonales de fase Y con sustituciones de Zn, Al, Co y N

Abstract

Desde la década de 1950 hasta la actualidad ha surgido un creciente interés por las ferritas hexagonales, un tipo de materiales cerámicos ferrimagnéticos. Este tipo de ferritas son muy interesantes a nivel tecnológico y científico por tener un bajo coste de producción y un amplio rango de propiedades magnéticas. La gran ventaja de las hexaferritas es que admiten un gran número de sustituciones catiónicas, lo que implica la existencia de una enorme variedad de compuestos con propiedades magnéticas diferentes. Es posible fabricar materiales magnéticos a medida para cada situación específica, cubriendo así los requisitos necesarios para una gran cantidad de aplicaciones diferentes. Gra-cias a sus propiedades, las hexaferritas se han convertido en materiales de gran importancia comercial y tecnológica, siendo actualmente el tipo de materiales magnéticos más fabricados en todo el mundo. Además, recientemente ha resurgido un cierto interés por los materiales magnetoeléctricos de-bido a la búsqueda de nuevos materiales que presenten este efecto a temperatura ambiente, los cuales pueden servir para nuevas aplicaciones tecnológicas interesantes. Por ello, las ferritas hexagonales fabricadas y caracterizadas en este trabajo son las hexaferritas de fase Y, las cuales presentan estructuras magnéticas no colineales que pueden mostrar el efecto magnetoeléctrico a temperatura ambiente. En concreto, se van a fabricar y caracterizar ferritas hexagonales de fase Y con sustituciones de zinc por cobalto, níquel y aluminio; y con cierta sustitución de bario por estroncio. Este Trabajo de Fin de Máster, cuyo objetivo es la iniciación al mundo de la investigación científica, incluye la fabricación, caracterización estructural y magnética, así como revisión bibliográfica de antecedentes y justificación de resultados experimentales en relación con hexa-ferritas de fase Y de potencial interés tecnológico. Dicho trabajo involucra aspectos relacionados con varias ramas de la Física, como pueden ser el Magnetismo, la Termodinámica o la Física de Materiales, y adicionalmente temas ajenos a este campo como es la química empleada en la síntesis por método sol-gel de los materiales analizados. Una vez fabricadas las muestras de hexaferritas, se procede a su caracterización mediante el estudio de sus diagramas de difracción de rayos X, y el estudio de sus ciclos de histéresis.

From the 1950s to the present day there has been a growing interest in hexagonal ferrites, a type of ferrimagnetic ceramics. These ferrites are of great technological and scientific interest because of their low production cost and wide range of magnetic properties. The major advantage of hexaferrites is that they allow a large number of cationic substitutions, which means that there is a wide variety of compounds with different magnetic properties. It is possible to manufacture customised magnetic materials for each specific situation, thus co-vering the requirements for a large number of different applications. Thanks to their properties, hexaferrites have become materials of great commercial and technological importance, and are currently the most widely manufactured type of magnetic materials worldwide. In addition, there has been a recent revival of interest in magnetoelectric materials due to the search for new materials that show this effect at room temperature, which can be used for new interesting technological applications. Therefore, the hexagonal ferrites fabricated and charac-terised in this work are Y-phase hexaferrites, which present non-collinear magnetic structures that can show the magnetoelectric effect at room temperature. In particular, hexagonal Y-phase ferrites with cobalt, nickel and aluminium substitutions; and with some barium substi-tution by strontium are to be manufactured and measured. This Master's Thesis, whose objective is the initiation to the scientific research activity, inclu-des the fabrication, structural and magnetic characterisation, as well as a bibliographical review of the background and justification of experimental results in relation to Y-phase hexaferrites of potential technological interest. This work involves aspects related to several areas of Phy-sics, such as Magnetism, Thermodynamics or Materials Physics, and additionally topics outside this field, such as the chemistry used in the sol-gel synthesis of the materials analysed. Once the hexaferrite samples have been manufactured, they are analysed by studying their X-ray diffraction diagrams and their hysteresis loops.