La ferrite di bismuto, nota anche come BFO, rappresenta un ossido metallico ternario caratterizzato dalla formula BiFeO₃. Questo materiale presenta una struttura cristallina perovskitica di tipo ABO3, dove i siti A e B sono occupati rispettivamente da bismuto e ferro. Grazie alle sue elevate proprietà fotocatalitiche, ferromagnetiche e elettromagnetiche, si distingue per un ampio spettro di applicazioni innovative.
Proprietà della ferrite di bismuto
La ferrite di bismuto è particolarmente interessante poiché vanta sia proprietà ferroelettriche che antiferromagnetiche. Queste caratteristiche ne fanno un materiale multiferroico raramente riscontrabile, in grado di essere polarizzato sia elettricamente che magneticamente anche a temperatura ambiente.
Le nanoparticelle di ferrite di bismuto presentano numerosi vantaggi, tra cui una significativa polarizzazione spontanea, un alto punto di Curie e un forte accoppiamento magnetoelettrico. Inoltre, il loro ridotto band gap (compreso tra 2.2 e 2.8 eV) le rende adatte per molteplici utilizzi.
Metodi di sintesi
La sintesi delle nanoparticelle di ferrite di bismuto può avvenire attraverso diversi approcci. Tra i metodi più comuni c’è quello allo stato solido, dove si impiegano polveri di ossido di bismuto (Bi2O3) e ossido di ferro (III) (Fe2O3). La macinazione viene effettuata con sfere di biossido di zirconio (ZrO2) stabilizzate e le polveri risultanti vengono sottoposte a essiccazione e calcificazione a temperature comprese tra 700 e 825 °C, per poi essere nuovamente macinate e pressate in pellet.
Un altro approccio per ottenere la ferrite di bismuto prevede una reazione di precipitazione dell’idrossido di bismuto (Bi(OH)3) e dell’idrossido di ferro (III) in presenza di ammoniaca a un pH di 9, seguita da una calcinazione a temperature tra 650 e 800 °C.
Il metodo sol-gel rappresenta una tecnica ulteriore, in cui si utilizzano nitrati di bismuto pentaidrato e nitrato di ferro (III) come precursori, in presenza di una miscela di glicole etilenico e acido acetico. Dopo un’adeguata solubilizzazione e riscaldamento, il gel ottenuto viene recato a temperature di ricottura tra 500 °C e 600 °C.
Alcuni ricercatori hanno anche esplorato la sintesi tramite sonochimica, utilizzando una soluzione di nitrati di bismuto e ferro, a cui vengono aggiunti diversi additivi per migliorare l’area superficiale. La sonicazione è prolungata fino alla completa precipitazione. Infine, il metodo di evaporazione della soluzione impiega nitrati metallici e acido tartarico, riscaldando il tutto sotto agitazione fino all’evaporazione del liquido.
Le diverse metodologie consentono di adattare la sintesi della ferrite di bismuto alle esigenze specifiche delle applicazioni previste, svelando la versatilità di questo materiale.
Utilizzi e applicazioni
Le nanoparticelle di ferrite di bismuto trovano impiego in molteplici settori, grazie alle loro eccezionali proprietà. Possono essere utilizzate in dispositivi spintronici, sensori, celle di memoria, condensatori e dispositivi optoelettronici, oltre ad essere impiegate come fotocatalizzatori attivi nella degradazione di inquinanti.
La ferrite di bismuto è considerata un fotocatalizzatore conveniente, in quanto si distingue per la sua alta efficienza e stabilità in ambienti di pH variabili. Inoltre, le sue proprietà possono generare specie reattive dell’ossigeno (ROS) sotto esposizione a perossido di idrogeno o radiazione luminosa. In ambito biomedico, è sfruttata in terapie innovative come la terapia fototermica e per l’imaging multimodale, nonché nel campo della somministrazione di farmaci e nell’ingegneria tissutale.
Nell’ambito del trattamento delle acque reflue, la ferrite di bismuto ha mostrato notevoli promesse. Costruendo un materiale composito con chitosano e nanocristalli di ferrite di bismuto, è possibile decomporre inquinanti e ridurre la presenza di batteri patogeni. Tale composito mostra una significativa attività antibatterica, con una capacità di abbattere Escherichia coli di oltre il 90% in breve tempo.
Il potenziale della ferrite di bismuto è quindi vasto e va ben oltre le applicazioni tradizionali, rappresentando un materiale di grande interesse nella ricerca e nelle innovazioni tecnologiche future.
