图3.27　AB2O4尖晶石型结构示意图（引自周玉，2004）

AB2O4型结构（图3.27）也叫尖晶石结构（spinel），其空间群，面心立方格子，等轴晶系。晶胞中的原子坐标A（0，0，0），B（0.125，0.625，0.125），O（0.11，0.39，0.11），Z=8。一般而言，A为+2价的Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+等；B为+3价的Fe3+、Al3+、Cr3+等，如Mg Al2O4。但也有A为+4价，B为+2价的，如TiMg2O4。尖晶石结构很早就由Lawrence Bragg于1915年确定了。在该结构中，O做立方紧密堆积，单位晶胞有64个四面体空隙，32个八面体空隙。根据A、B在结构中分布的不同，尖晶石结构有三种类型：一是正尖晶石结构，即A分布在1/8四面体空隙中，形成［AO4］配位，B分布在1/2八面体空隙中，形成［BO6］配位，如MgAl2O4；二是反尖晶石结构，A分布在八面体空隙中，一半的B分布在四面体空隙，另一半的B在八面体空隙中，如磁铁矿Fe3+［Fe3+Fe2+］O4（即Fe3O4），［Fe3+Fe2+］表示Fe3+、Fe2+都分布在八面体空隙中；三是混合型，即A、B在四面体和八面体空隙中都有分布，通式可表示为A1-xBx［AxB2-x］O4，如锰铁矿MnFe2O4，表示为（Mn2+Fe2+）（Fe3+Mn3+）2O4。尖晶石结构还常常根据B离子（+3价）的不同，划分出3个系列：铝系尖晶石（Mg Al2O4、BeAl2O4、FeAl2O4）；铁系尖晶石（CuFe2O4、MnFe2O4、TiFe2O4）；铬系尖晶石（FeCr2O4、MgCr2O4）。表3.7列出了具有尖晶石结构的常见晶体。

表3.7　具有尖晶石结构的常见晶体（陆佩文，1991）(www.daowen.com)

FeFe2O4为磁铁矿的主要晶相，也表示为Fe3O4或，也看作由Fe2O3和FeO的有机结合成Fe2O3·FeO。Fe3+分布在四面体和八面体空隙中，Fe2+只分布在八面体空隙中。Fe3O4的晶格常数a=8.396Å。它属于反尖晶石结构的铁氧体，且具有最佳的软磁性能。铁氧体（ferrite，英文名与金属中的铁素体相同）可以看成是以铁的氧化物为主要成分的一种陶瓷材料。大部分铁氧体具有磁性。

对铁氧体的研究，我们可追溯至1909年。那年，S.Hilpert首次系统报道了各种铁氧体化学成分与其磁性的关系。1932年，日本Takei和Kato的研究组首次获得了由Fe3O4和Co铁氧体复合的商用磁性材料。他们也发现反尖晶石铁氧体具有很强的磁性。接着，Philips公司也开始研究铁氧体。该公司的研究人员在铁氧体科学和技术领域都做出了重要贡献。在Philips公司，研究人员已认识到铁芯电磁铁和变压器中的涡流损耗。他们认为如果用电绝缘磁性材料代替铁芯将会为工业带来巨大财富。于是，研究人员从磁铁矿（Fe2O3·FeO）开始寻找形如Fe2O3·MeO的磁性氧化物（Me是指Cu、Zn、Co等二价金属）。很快，这类材料被命名为铁氧体，并发现它们具有尖晶石结构。然而，商用铁氧体材料在早期并未引起世人的注意。那是因为这些铁氧体的磁学性能远不如具有铁磁性的合金。1950年代，随着收音机、电视和计算机等的出现，人们对铁氧体的兴趣再次被激起。虽然铁氧体的一些磁性能不如磁性合金，但它具有高频适用性、耐热、耐腐蚀、价廉等特性，而且反尖晶石铁氧体通常具有最佳的软磁性能。

铁氧体材料的结构有六种：尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜性。其中重要的是尖晶石型、石榴石型和磁铅石型三种。铁氧体材料通常可作为无线电电子的装置元件、记忆元件及永久磁石等。此外，自然界中的尖晶石，如果结晶完整、光泽性好则可作为宝石。其中，由Cr、Fe形成的红尖晶石最受青睐。