Vědci získají magnetický nanopowder za 6Technologie G
Newswise — Materiáloví vědci vyvinuli rychlou metodu výroby epsilon oxidu železa a prokázali její příslib pro komunikační zařízení nové generace. Jeho vynikající magnetické vlastnosti z něj dělají jeden z nejžádanějších materiálů, například pro nadcházející generaci komunikačních zařízení 6G a pro odolný magnetický záznam. Práce byla publikována v Journal of Materials Chemistry C, časopis Royal Society of Chemistry. Oxid železitý (III) je jedním z nejrozšířenějších oxidů na Zemi. Nejčastěji se vyskytuje jako minerál hematit (neboli alfa oxid železa, α-Fe2O3). Další stabilní a běžnou modifikací je maghemit (nebo gama modifikace, γ-Fe2O3). První je široce používán v průmyslu jako červený pigment a druhý jako magnetické záznamové médium. Obě modifikace se liší nejen krystalickou strukturou (alfa-oxid železa má hexagonální syngonii a gama-oxid železa má kubickou syngonii), ale také magnetickými vlastnostmi. Kromě těchto forem oxidu železitého (III) existují exotičtější modifikace jako epsilon-, beta-, zeta- a dokonce sklovité. Nejatraktivnější fází je epsilon oxid železa, ε-Fe2O3. Tato modifikace má extrémně vysokou koercitivní sílu (schopnost materiálu odolávat vnějšímu magnetickému poli). Pevnost dosahuje 20 kOe při pokojové teplotě, což je srovnatelné s parametry magnetů na bázi drahých prvků vzácných zemin. Kromě toho materiál absorbuje elektromagnetické záření v subterahertzovém frekvenčním rozsahu (100-300 GHz) účinkem přirozené feromagnetické rezonance. Frekvence takové rezonance je jedním z kritérií pro použití materiálů v bezdrátových komunikačních zařízeních - 4G standard používá megahertz a 5G používá desítky gigahertzů. Existují plány na využití sub-terahertzového rozsahu jako pracovního rozsahu v bezdrátové technologii šesté generace (6G), která se připravuje k aktivnímu zavedení do našich životů od počátku 30. let 20. století. Výsledný materiál je vhodný pro výrobu převodních jednotek nebo absorpčních obvodů na těchto frekvencích. Například použitím kompozitních nanoprášků ε-Fe2O3 bude možné vyrobit barvy, které pohlcují elektromagnetické vlny a tím stíní místnosti před vnějšími signály a chrání signály před zachycením zvenčí. Samotný ε-Fe2O3 lze také použít v přijímacích zařízeních 6G. Epsilon oxid železa je extrémně vzácná a obtížně získatelná forma oxidu železa. Dnes se vyrábí ve velmi malých množstvích, přičemž samotný proces trvá až měsíc. To samozřejmě vylučuje jeho široké uplatnění. Autoři studie vyvinuli metodu zrychlené syntézy epsilon oxidu železa schopnou zkrátit dobu syntézy na jeden den (to znamená provést celý cyklus více než 30krát rychleji!) a zvýšit množství výsledného produktu. . Technika se snadno reprodukuje, je levná a lze ji snadno implementovat v průmyslu a materiály potřebné pro syntézu – železo a křemík – patří mezi nejrozšířenější prvky na Zemi. "Ačkoli fáze epsilon-oxid železa byla získána v čisté formě poměrně dávno, v roce 2004, stále nenašla průmyslové uplatnění kvůli složitosti její syntézy, například jako médium pro magnetický záznam. Podařilo se nám zjednodušit technologie výrazně,“ říká Evgeny Gorbačov, doktorand na katedře materiálových věd Moskevské státní univerzity a první autor práce. Klíčem k úspěšné aplikaci materiálů s rekordními vlastnostmi je výzkum jejich základních fyzikálních vlastností. Bez hloubkového studia může být materiál na mnoho let nezaslouženě zapomenut, jak se v historii vědy nejednou stalo. Byl to tandem materiálových vědců z Moskevské státní univerzity, kteří sloučeninu syntetizovali, a fyziků z MIPT, kteří ji podrobně studovali, díky čemuž byl vývoj úspěšný.
Čas odeslání: 28. června 2021