Naukowcy uzyskali magnetyczny nanoproszek na 6Technologia G
Newswise — Naukowcy zajmujący się materiałami opracowali szybką metodę produkcji tlenku żelaza epsilon i wykazali jej potencjał w urządzeniach komunikacyjnych nowej generacji. Jego wyjątkowe właściwości magnetyczne sprawiają, że jest to jeden z najbardziej pożądanych materiałów, np. w nadchodzącej generacji urządzeń komunikacyjnych 6G i do trwałego zapisu magnetycznego. Praca została opublikowana w Journal of Materials Chemistry C, czasopiśmie Królewskiego Towarzystwa Chemicznego. Tlenek żelaza (III) jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych tlenków na Ziemi. Najczęściej występuje jako minerał hematyt (lub tlenek żelaza alfa, α-Fe2O3). Inną stabilną i powszechną modyfikacją jest maghemit (lub modyfikacja gamma, γ-Fe2O3). Pierwsza z nich jest szeroko stosowana w przemyśle jako czerwony pigment, a druga jako nośnik magnetyczny. Te dwie modyfikacje różnią się nie tylko strukturą krystaliczną (tlenek żelaza alfa ma syngonię heksagonalną, a tlenek żelaza gamma ma syngonię sześcienną), ale także właściwościami magnetycznymi. Oprócz tych form tlenku żelaza (III) istnieją bardziej egzotyczne modyfikacje, takie jak epsilon-, beta-, zeta-, a nawet szklista. Najbardziej atrakcyjną fazą jest tlenek żelaza epsilon, ε-Fe2O3. Ta modyfikacja ma niezwykle wysoką siłę koercji (zdolność materiału do opierania się zewnętrznemu polu magnetycznemu). Siła ta osiąga 20 kOe w temperaturze pokojowej, co jest porównywalne z parametrami magnesów opartych na drogich pierwiastkach ziem rzadkich. Ponadto materiał pochłania promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie częstotliwości subterahercowych (100-300 GHz) poprzez efekt naturalnego rezonansu ferromagnetycznego. Częstotliwość takiego rezonansu jest jednym z kryteriów stosowania materiałów w urządzeniach komunikacji bezprzewodowej – standard 4G wykorzystuje megaherce, a 5G wykorzystuje dziesiątki gigaherców. Istnieją plany wykorzystania pasma subterahercowego jako zakresu roboczego w technologii bezprzewodowej szóstej generacji (6G), która jest przygotowywana do aktywnego wprowadzenia do naszego życia od początku lat trzydziestych XXI wieku. Powstały materiał nadaje się do produkcji jednostek konwertujących lub obwodów absorbujących przy tych częstotliwościach. Na przykład, stosując kompozytowe nanoproszki ε-Fe2O3, możliwe będzie wytwarzanie farb, które pochłaniają fale elektromagnetyczne, a tym samym osłaniają pomieszczenia przed sygnałami obcymi i chronią sygnały przed przechwyceniem z zewnątrz. Sam ε-Fe2O3 może być również stosowany w urządzeniach odbiorczych 6G. Tlenek żelaza epsilon jest niezwykle rzadką i trudną do uzyskania formą tlenku żelaza. Obecnie jest produkowany w bardzo małych ilościach, a sam proces trwa nawet miesiąc. To oczywiście wyklucza jego powszechne zastosowanie. Autorzy badania opracowali metodę przyspieszonej syntezy tlenku żelaza epsilon, która umożliwia skrócenie czasu syntezy do jednego dnia (czyli przeprowadzenie pełnego cyklu ponad 30 razy szybciej!) i zwiększenie ilości powstającego produktu. Technika ta jest prosta do odtworzenia, tania i może być łatwo wdrożona w przemyśle, a materiały niezbędne do syntezy – żelazo i krzem – należą do najliczniej występujących pierwiastków na Ziemi. „Chociaż faza tlenku żelaza epsilon została uzyskana w czystej postaci stosunkowo dawno, bo w 2004 r., wciąż nie znalazła zastosowania przemysłowego ze względu na złożoność jej syntezy, na przykład jako medium do zapisu magnetycznego. Udało nam się znacznie uprościć technologię” – mówi Jewgienij Gorbaczow, doktorant na Wydziale Nauk Materiałowych Uniwersytetu Moskiewskiego i pierwszy autor pracy. Kluczem do udanego zastosowania materiałów o rekordowych właściwościach jest badanie ich podstawowych właściwości fizycznych. Bez dogłębnych badań materiał może zostać niezasłużenie zapomniany na wiele lat, co zdarzyło się już nie raz w historii nauki. To właśnie tandem naukowców zajmujących się materiałami na Uniwersytecie Moskiewskim, którzy zsyntetyzowali związek, oraz fizycy z MIPT, którzy szczegółowo go zbadali, sprawili, że rozwój ten zakończył się sukcesem.
Czas publikacji: 04-07-2022 