バリウムフェライトのソースを表示

{{翻訳直後|[[:en:Special:Permalink/1132243708|en: Barium ferrite]]|date=2023年1月}}
{{Chembox
| ImageFile = Barium_ferrite_crystal_structure.png
| ImageCaption = バリウムフェライトの結晶構造
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|Section1={{Chembox Identifiers
| CASNo = 12047-11-9
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| UNII_Ref = {{fdacite|correct|FDA}}
| UNII = 4HT629NL8B
| PubChem = 16217742
| InChI=1S/Ba.12Fe.19O
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|Section2={{Chembox Properties
| Fe=12|O=19|Ba=1
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| Appearance = 黒色固体
| Density = {{Val|5.28|ul=g/cm3}}
| MeltingPtC = 1316
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|Section3={{Chembox Hazards
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| AutoignitionPt = }}
}}
'''バリウムフェライト'''（{{Lang-en-short|Barium ferrite}}, BaFe, BaM）は、[[化学式|組成式]]{{Chem|Ba|Fe|12|O|19}} で表わされる[[無機化合物]]である<ref name="Pullar">{{Cite journal|last=Pullar|first=Robert C.|year=2012|title=Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642512000369|journal=[[Progress in Materials Science]]|volume=57|issue=7|pages=1191–1334|DOI=10.1016/j.pmatsci.2012.04.001|ISSN=0079-6425}}</ref>。バリウムフェライトおよび関連する[[フェライト磁石|フェライト]]材料は[[磁気ストライプカード]]や[[スピーカー]]などに用いられる。

バリウムフェライトは{{Chem|Ba|2+|(Fe|3+|)|12|(O|2−|)|19}}のように記述できる。{{Chem|Fe|3+}}中心は[[フェリ磁性]]結合しており、[[単位胞]]あたりの正味磁気モーメント{{Math|40[[ボーア磁子|''μ''<sub>B</sub>]]}}を持つ<ref name=":0">{{Cite journal|last=Cao|first=H. B.|last2=Zhao|first2=Z. Y.|last3=Lee|first3=M.|last4=Choi|first4=E. S.|last5=McGuire|first5=M. A.|last6=Sales|first6=B. C.|last7=Zhou|first7=H. D.|last8=Yan|first8=J.-Q.|last9=Mandrus|first9=D. G.|date=2015-06-01|title=High pressure floating zone growth and structural properties of ferrimagnetic quantum paraelectric BaFe12O19|url=https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4922934|journal=APL Materials|volume=3|issue=6|pages=062512|DOI=10.1063/1.4922934}}</ref>。

バリウムフェライトは[[磁性]]が高く、充填率の高い金属[[酸化物]]である。遅くとも[[1931年]]から研究されており<ref>{{Cite journal|last=Guillissen|first=Joseph|last2=Van Rysselberghe|first2=Pierre J.|year=1931|title=Studies on Zinc and Barium Ferrites|url=https://doi.org/10.1149/1.3497845|journal=[[J. Electrochem. Soc.]]|volume=59|issue=1|pages=95–106|DOI=10.1149/1.3497845}}</ref>、[[磁気ストライプカード]]や[[スピーカー]]、[[磁気テープ]]に応用されている<ref name="Pullar">{{Cite journal|last=Pullar|first=Robert C.|year=2012|title=Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642512000369|journal=[[Progress in Materials Science]]|volume=57|issue=7|pages=1191–1334|DOI=10.1016/j.pmatsci.2012.04.001|ISSN=0079-6425}}</ref>。温度変化や[[腐食]]、[[酸化]]に強い磁性体として、特に長期データ保存用途に使われることが多い<ref name="ieeeThermalStudy"/>。

== 化学構造 ==
{{Chem|Fe|3+}}はd<sup>5</sup>[[結晶場理論|高スピン]]電子配置をとり、[[フェリ磁性]]結合をもつ<ref name=":0">{{Cite journal|last=Cao|first=H. B.|last2=Zhao|first2=Z. Y.|last3=Lee|first3=M.|last4=Choi|first4=E. S.|last5=McGuire|first5=M. A.|last6=Sales|first6=B. C.|last7=Zhou|first7=H. D.|last8=Yan|first8=J.-Q.|last9=Mandrus|first9=D. G.|date=2015-06-01|title=High pressure floating zone growth and structural properties of ferrimagnetic quantum paraelectric BaFe12O19|url=https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4922934|journal=APL Materials|volume=3|issue=6|pages=062512|DOI=10.1063/1.4922934}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Rowley|first=S. E.|last2=Chai|first2=Yi-Sheng|last3=Shen|first3=Shi-Peng|last4=Sun|first4=Young|last5=Jones|first5=A. T.|last6=Watts|first6=B. E.|last7=Scott|first7=J. F.|date=2016-05-17|title=Uniaxial ferroelectric quantum criticality in multiferroic hexaferrites BaFe12O19 and SrFe12O19|url=https://www.nature.com/articles/srep25724|journal=Scientific Reports|volume=6|issue=1|pages=25724|language=en|DOI=10.1038/srep25724|ISSN=2045-2322|PMID=27185343|PMC=4869023}}</ref>。この領域の技術は通常、[[材料工学]]および[[固体化学]]の応用とみなされる。

[[バリウム]]を含有する「[[六方晶系]]フェライト」には、他にも一群の産業上有用な材料が知られている<ref name="Pullar">{{Cite journal|last=Pullar|first=Robert C.|year=2012|title=Hexagonal ferrites: A review of the synthesis, properties and applications of hexaferrite ceramics|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642512000369|journal=[[Progress in Materials Science]]|volume=57|issue=7|pages=1191–1334|DOI=10.1016/j.pmatsci.2012.04.001|ISSN=0079-6425}}</ref>。これらの酸化物は、通常とは異なり[[スピネル型構造]]ではなく[[六方最密充填構造]]をとる。さらに、酸素サイトの一部はBa<sup>2+</sup> イオンに置換されている。組成式としては{{Chem|BaFe|12|O|19}}, {{Chem|BaFe|15|O|23}},  {{Chem|BaFe|18|O|27}}などが知られる<ref>{{Cite journal|last=Goto|first=Yasumasa|last2=Takada|first2=Toshio|year=1960|title=Phase Diagram of the System BaO-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>|journal=[[J. Am. Ceram. Soc.]]|volume=43|issue=3|pages=150–153|DOI=10.1111/j.1151-2916.1960.tb14330.x}}</ref>。

バリウムフェライトの結晶は、[[塩化バリウム]]、[[塩化鉄(II)]]、[[硝酸カリウム]]、[[水酸化ナトリウム]]の水酸化物対塩化物比2:1の混合物からワンステップで[[水熱合成]]することができる。[[硝酸鉄(III)]]、塩化バリウム、[[クエン酸ナトリウム]]、水酸化ナトリウムから[[ナノ粒子]]を得ることもできる<ref>{{Cite book |title=Nanomaterials and their Fascinating Attributes |editor-first=Sher Bahadar |editor-last=Khan |editor2-first=Abdullah M. |editor2-last=Asiri |editor3-first=Kalsoom |editor3-last=Akhtar |publisher=[[Bentham Science Publishers]] |year=2016 |isbn=9781681081779 |volume=1 |series=Development and Prospective Applications of Nanoscience and Nanotechnology |chapter-url=https://books.google.com/books?id=eKniDQAAQBAJ&pg=PA197 |chapter=Solvothermal / Hydrothermal Synthetic Methods for Nanomaterials |pages=181–238 |first=Shahida B. |last=Niazi}}</ref>。しかし、典型的には[[炭酸バリウム]]を[[酸化鉄(III)]]とともに[[煆焼]]することにより調製される<ref>{{Cite book |pages=291–294 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=yvEkBQAAQBAJ&pg=PA291 |title=Magnetic Materials and Their Applications |first=Carl |last=Heck |publisher=[[Butterworths]] |year=1974 |isbn=9781483103174 |chapter=Ceramic magnet materials (ferrites)}}</ref>。

: {{Nowrap|{{Chem|link=炭酸バリウム|BaCO|3}} + 6 {{Chem|link=酸化鉄(III)|Fe|2|O|3}} <chem>->[\text{Δ}]</chem> {{Chem|BaFe|12|O|19}} + {{Chem|link=二酸化炭素|CO|2}}}}

== 物性 ==
バリウムフェライトは湿度や腐食等の様々な悪条件環境にも耐える長寿命記憶媒体へ応用される。フェライトは既に酸化されているためさらなる酸化を受けることはない。これはバリウムフェライトが腐食にとても強い理由の1つとしてあげられる<ref name="japan">{{Cite journal|last=Okazaki|first=Chisato|last2=Mori|first2=Saburo|last3=Kanamaru|first3=Fumikazu|year=1961|title=Magnetic and Crystallographical Properties of Hexagonal Barium Mono-Ferrite, BaO•Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>|journal=[[J. Phys. Soc. Jpn.]]|volume=16|issue=3|page=119|DOI=10.1143/JPSJ.16.119}}</ref>。また、長寿命記憶媒体には熱劣化耐性も求められるが、バリウムフェライトは熱消磁耐性も高い<ref name="ieeeThermalStudy">{{Cite journal|last=Watson|first=Mark L.|last2=Beard|first2=Robert A.|last3=Kientz|first3=Steven M.|last4=Feebeck|first4=Timothy W.|year=2008|title=Investigation of Thermal Demagnetization Effects in Data Recorded on Advanced Barium Ferrite Recording Media|journal=[[IEEE Trans. Magn.]]|volume=44|issue=11|pages=3568–3571|bibcode=2008ITM....44.3568W|DOI=10.1109/TMAG.2008.2001591}}</ref>。バリウムフェライトの[[キュリー温度]]は通常およそ{{Convert|450|C|K}}である。

バリウムフェライト磁石を加熱すると、固有保磁力が向上するが、この物性により熱消磁耐性がさらに向上する。フェライト磁石は温度が向上するにつれて、熱消磁耐性が大きく向上をする唯一の種類の磁石である。バリウムフェライトのこの特性により、モーターや発電機、スピーカーにも応用がしやすくなっている。フェライト磁石は{{Val|300|u=degC}}まで磁石として利用ができ、上記のような用途に非常に使いやすい。フェライト磁石は他のセラミクス同様に電気絶縁性が極めて高く、かつ脆い。加工性も良く、様々なサイズ・形状に加工することができる<ref>{{Cite web |title=Characteristics of Ferrite Magnets |url=http://e-magnetsuk.com/ferrite_magnets/characteristics.aspx |publisher=e-Magnets UK |access-date=December 8, 2013 <!-- This ref was obtained from http://www.ferrite-info.com/characteristics.aspx on December 8, 2013.  At some point when the publisher company was renamed, it was moved to the e-magnetsuk.com address.  Comparing the content to the archive.org version shows no change, so older accessdate is retained even though new address was accessed on August 13, 2017 -->}}</ref>。

=== 化学的物性 ===
バリウムフェライトは堅牢な[[セラミックス]]であり、一般に湿度や腐食に対して安定である<ref name="japan">{{Cite journal|last=Okazaki|first=Chisato|last2=Mori|first2=Saburo|last3=Kanamaru|first3=Fumikazu|year=1961|title=Magnetic and Crystallographical Properties of Hexagonal Barium Mono-Ferrite, BaO•Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>|journal=[[J. Phys. Soc. Jpn.]]|volume=16|issue=3|page=119|DOI=10.1143/JPSJ.16.119}}</ref>。また、バリウムフェライトは酸化物であるため合金に比べて酸化耐性も高く、寿命が長い<ref name="ieeeThermalStudy"/>。

=== 機械的物性 ===
磁気テープ及び磁気ストライプに用いられてきた{{仮リンク|カセットテープの種類と形式|en|Compact_Cassette_tape_types_and_formulations|label=金属粒子}}は高密度データストレージ向けには限界をむかえていた。データ容量を25倍にするためにはデータトラック密度を5倍以上に高め、トラックの単位データあたりの長さを45%に抑える必要があり、そのためには個々の粒子のサイズを小さくする必要がある。 金属粒子のサイズが小さくなるにつれて、酸化による劣化を防ぐために必要な[[不動態]]皮膜の厚さは厚くなる。厚い不動態皮膜を持つ粒子の信号雑音比を許容水準に抑えることは困難であり、問題となっていた。

バリウムフェライトは金属粒子とは異なり、すでに酸化されているため保護層によりサイズを制限されることがない。また、六方晶系の構造を持つため金属粒子の場合の無秩序な棒状構造よりも秩序化しやすい。他にも、サイズのばらつきに関しても金属粒子では{{Val|40|-|100|ul=nm}}と幅があるのに対してバリウムフェライトは{{Val|20|u=nm}}に揃う。したがって、バリウムフェライト粒子のサイズは最小の金属粒子よりも半分ほど小さい<ref>{{Cite web |title=Barium Ferrite: Overview |publisher=[[Fujifilm]] |url=http://www.fujifilmusa.com/products/tape_data_storage/innovations/barium_ferrite/index.html |access-date=August 13, 2017}}</ref>。
[[ファイル:Dds_tape_drive_01.jpg|サムネイル|バリウムフェライトは磁気テープドライブおよびフロッピーディスクに利用される。]]
バリウムフェライトは記録メディアや[[永久磁石]]、磁気ストライプカード（[[クレジットカード]]、[[カードキー]]、[[身分証明書|IDカード]]等）に応用される。この材料の安定性により、サイズを格段に小さくすることができ、充填密度を一段と大きくすることができる。従来のメディアでは記録に十分な保磁力を得るためにドープされた{{Ill2|針状結晶|en|Acicular_(crystal_habit)}}酸化物が用いられてきた。ドープされない針状結晶酸化物は保磁力が非常に小さく磁気的に脆いのに対し、バリウムフェライトは保磁力が高く磁気的に堅牢であり、磁気記録媒体への応用により適しているためここ数十年でバリウムフェライトは針状結晶酸化物に取って代わった。

バリウムフェライトを用いる磁気IDカードは、それぞれのカードに固有の磁気的指紋を有し、リーダはそれに対して自動校正を行う<ref>{{Cite book |title=Electronic Access Control |first=Gerard |last=Honey |publisher=[[Elsevier#Imprints|Newnes]] |year=2000 |isbn=9780750644730 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=UIlg6kdz1skC&pg=PA49 |chapter=Card-based identification systems |pages=47–55}}</ref>。

バリウムフェライトはスピーカ向け磁石用途で一般的な選択となっている。バリウムフェライトは型に圧入して固めた粉体を加熱し[[焼結]]させることにより、磁性を保ったまま一体の固体に成形できるため、ほぼどんなサイズにも形状にも成形可能である。この磁石は消磁に対する耐性が極めて高く、長期間に渡って利用されるスピーカユニットに適している<ref>{{Cite web |title=Hard Ferrite (Ceramic) Magnets |publisher=Magnaworks Technology |url=http://www.magnaworkstechnology.com/ceramic-1.html |access-date=December 8, 2013 <!-- Access date of December 8, 2013 is retained.  This date relates to the address http://www.magnaworkstechnology.com/ceramic_magnets.shtml which was archived on January 1, 2014 to https://web.archive.org/web/20140101004754/http://www.magnaworkstechnology.com/ceramic_magnets.shtml.  Ref target changed to a new location, http://www.magnaworkstechnology.com/ceramic-1.html, on August 13, 2017, which is live and appears to carry the same content as the old version. --> |archive-date=October 20, 2018 |archive-url=https://web.archive.org/web/20181020080711/http://www.magnaworkstechnology.com/ceramic-1.html}}</ref>。

=== Linear Tape-Open ===
[[Linear Tape-Open]] (LTO)ストレージにもバリウムフェライトは用いられる。バリウムフェライト高データ密度により、将来的にLTOテープの容量向上もみこまれている<ref>{{Cite press release|title=FUJiFILM Barium-Ferrite Magnetic Tape Establishes World Record in Data Density: 29.5 Billion Bits Per Square Inch|publisher=[[Fujifilm]]|date=January 22, 2010|url=https://www.fujifilm.eu/de/presse/artikel/fujifilm-barium-ferrite-magnetic-tape-establishes-world-record-in-data-density-295-billion-bits-per-square-inch|access-date=2020-10-12}}</ref>。

この分野の技術開発により、バリウムフェライトの粒径はおよそ{{Val|20|u=nm}}まで小径化された。金属粒子の粒径を{{Val|100|u=nm}}よりも小さくするには課題があり、金属粒子はバリウムフェライトと比べて将来性にかけるとみなされる{{要説明|date=May 2018}}<ref name="ieeeThermalStudy"/>。

もうひとつの要素として形状が挙げられる。金属粒子は通常円筒形になり、充填性および積層性に欠ける。バリウムフェライト粒子は円形に近くより充填性がよい{{要説明|date=May 2018}}<ref name="ieeeThermalStudy"/>。

== 自然界における産出 ==
バリウムフェライトは自然界にも産出するが、極めて希少である。熱[[変成作用]]にともない産出し、{{Lang|en|barioferrite}}{{訳語疑問点|date=2023年1月}}と呼ばれる<ref>{{Cite web |url=https://www.mindat.org/min-39567.html |title=Barioferrite}}</ref><ref>{{Cite web |url=https://www.ima-mineralogy.org/Minlist.htm |title=List of Minerals |date=21 March 2011}}</ref>。

== 出典 ==
{{Reflist}}{{バリウムの化合物}}
[[Category:フェライト]]
[[Category:バリウムの化合物]]
{{DEFAULTSORT:はりうむふえらいと}}