铁氧化物特征与磁性分类

铁氧化物

1. Fe₂O₃，红至红棕色粉末，有α-型（正磁性）及γ-型（反磁性）两种类型；

2. Fe₃O₄，俗称氧化铁黑、吸铁石、黑氧化铁，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁。不可将其看作”偏铁酸亚铁”[Fe(FeO₂)₂]，也不可以看作氧化亚铁（FeO）与氧化铁（Fe₂O₃）组成的混合物，但可以近似地看作是氧化亚铁与氧化铁组成的化合物（FeO·Fe₂O₃）。

• α-Fe₂O₃当晶粒小于临界尺寸时会呈现出超顺磁性，而大于此值时以顺磁性形式存在，超顺磁性和顺磁性都是比较弱的磁性；

• γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄都具有铁磁性，这是一种比较强的磁性；

• 自然界中Fe₂O₃的同质多象变种已知有两种，即α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃。前者在自然条件下稳定，称为赤铁矿；后者在自然条件下不如α-Fe₂O₃稳定，处于亚稳定状态，称之为磁赤铁矿。

• 三氧化二铁α、β、γ、σ这四种形式中α型最稳定，γ型有磁性，其他两个很不稳定，一般不会作为最终产品出现的。

磁性分类

1. 顺磁性：是指材料对磁场响应很弱的磁性。 原子或分子中有未成对电子存在，存在永久磁矩，但磁矩间无相互作用，总的宏观磁矩为零。在外磁场作用下，这些固有磁矩与外磁场呈相同方向；

2. 抗（反）磁性：物质中全部电子在原子轨道或分子轨道上都已双双配对（满壳层）、自旋相反，没有永久磁矩。在外磁场作用下，其轨道磁矩绕外磁场作旋进，由此产生附加磁矩，其方向与外磁场相反，形成抗磁性。这类物质称抗磁性物质。（只有在组成固体的原子，其固有磁矩为零的情形，微弱的逆磁性才得以显示）;

3. 铁磁性：是一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象。每个原子都有几个未成对电子，原子磁矩较大，且相互间有作用，使原子磁矩平行排列。当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值;

4. 亚铁磁性：亚铁磁性是在无外加磁场的情况下，磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。使它们的磁矩在克服热运动的影响后，处于部分抵消的有序排列状态，以致还有一个合磁矩的现象，其宏观磁性与铁磁性相似。相邻原子磁矩部分呈现不相等的反平行排列，亚铁磁性实际上是未抵消的反铁磁性；

5. 反铁磁性：在无外加磁场的情况下，邻近的完全相同的原子或离子的磁矩由于相互作用而处于相互抵消的状态，致使合成磁矩为零的现象。在Néel温度以上呈顺磁性，在低于Néel温度时，磁矩间相邻原子磁矩呈现相等的反平行排列；

6. 超顺磁性：是指颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构的铁磁物质，在温度低于居里温度且高于转变温度（Block Temperature）时表现为顺磁性特点，但在外磁场作用下其顺磁性磁化率远高于一般顺磁材料的磁化率，称为超顺磁性。
   如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体，对于每一个颗粒而言，由于磁性原子或离子之间的交换作用很强，磁矩之间将平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向异性所决定的易磁化方向上，但是颗粒之间由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。如果进一步减小颗粒的尺寸即体积，颗粒体积减小到某一数值时，热扰动能将与总的磁晶各向异性能相当。颗粒内的磁矩方向就可能随着时间的推移，整体保持平行地在一个易磁化方向和另一个易磁化方向之间反复变化。从单畴颗粒集合体看，不同颗粒的磁矩取向每时每刻都在变换方向，这种磁性的特点和正常顺磁性的情况很相似。
   

   x 为磁化率
   

• 奈耳温度（Néel temperature）指的是反铁磁性材料（或亚铁磁性材料）由反铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度，亚铁磁性材料的奈耳温度即是居里温度;

• 铁磁性和亚铁磁性物质在居里（Curie）温度以上发生二级相变转变为顺磁性物质。Fe₃O₄的居里温度为585℃。T > T_p，为顺磁性；T < T_c，为铁磁性（T_p为顺磁居里点，T_c为铁磁居里点，T_c < T_p，一般近似认为相等）;

• 对于磁性集合体来说，有两个量很重要：一是出现超顺磁性的临界尺寸（直径Dp）。如果颗粒系统的温度保持恒定，则只有当颗粒尺寸D ≤ D_p才有可能呈现超顺磁性。二是截止温度T_B，对于足够小的磁性颗粒，存在一特征温度T_B，当温度T < T_B时，颗粒呈现铁磁性或亚铁磁性；T ≥ T_B时，颗粒呈现超顺磁性。

• 亚铁磁性材料当加上磁场后其磁矩倾向于沿磁场方向排列，即材料显示出小的正磁化率。但该磁化率与温度相关，并在奈尔点有最大值。