Forskere får magnetisk nanopowder for 6G Teknologi
Nyhedsmæssigt - Materialeforskere har udviklet en hurtig metode til fremstilling af epsilon jernoxid og demonstreret dens løfte for næste generations kommunikationsenheder. Dens enestående magnetiske egenskaber gør det til et af de mest eftertragtede materialer, såsom til den kommende 6G-generation af kommunikationsenheder og til holdbar magnetisk optagelse. Værket blev offentliggjort i Journal of Materials Chemistry C, et tidsskrift fra Royal Society of Chemistry. Jernoxid (III) er en af de mest udbredte oxider på Jorden. Det findes for det meste som mineralet hæmatit (eller alfajernoxid, α-Fe2O3). En anden stabil og almindelig modifikation er maghemit (eller gammamodifikation, γ-Fe2O3). Førstnævnte er meget udbredt i industrien som rødt pigment, og sidstnævnte som magnetisk optagemedie. De to modifikationer adskiller sig ikke kun i krystallinsk struktur (alfa-jernoxid har hexagonal syngoni og gamma-jernoxid har kubisk syngony), men også i magnetiske egenskaber. Ud over disse former for jernoxid (III) er der mere eksotiske modifikationer såsom epsilon-, beta-, zeta- og endda glasagtig. Den mest attraktive fase er epsilon jernoxid, ε-Fe2O3. Denne modifikation har en ekstrem høj tvangskraft (materialets evne til at modstå et eksternt magnetfelt). Styrken når 20 kOe ved stuetemperatur, hvilket er sammenligneligt med parametrene for magneter baseret på dyre sjældne jordarters elementer. Ydermere absorberer materialet elektromagnetisk stråling i sub-terahertz-frekvensområdet (100-300 GHz) gennem virkningen af naturlig ferromagnetisk resonans. Frekvensen af en sådan resonans er et af kriterierne for brugen af materialer i trådløse kommunikationsenheder - 4G standard bruger megahertz og 5G bruger snesevis af gigahertz. Der er planer om at bruge sub-terahertz-området som arbejdsområde i sjette generations (6G) trådløs teknologi, som forberedes til aktiv introduktion i vores liv fra begyndelsen af 2030'erne. Det resulterende materiale er velegnet til fremstilling af konverteringsenheder eller absorberkredsløb ved disse frekvenser. For eksempel vil det ved at anvende sammensatte ε-Fe2O3 nanopulvere være muligt at lave maling, der absorberer elektromagnetiske bølger og dermed skærmer rum mod udefrakommende signaler, og beskytter signaler mod aflytning udefra. Selve ε-Fe2O3 kan også bruges i 6G-modtagelsesenheder. Epsilon jernoxid er en yderst sjælden og svær form for jernoxid at opnå. I dag produceres det i meget små mængder, hvor selve processen tager op til en måned. Dette udelukker naturligvis dens udbredte anvendelse. Forfatterne af undersøgelsen udviklede en metode til accelereret syntese af epsilon jernoxid, der er i stand til at reducere syntesetiden til en dag (det vil sige at udføre en fuld cyklus på mere end 30 gange hurtigere!) og øge mængden af det resulterende produkt . Teknikken er enkel at reproducere, billig og kan let implementeres i industrien, og de materialer, der kræves til syntesen - jern og silicium - er blandt de mest udbredte grundstoffer på Jorden. "Selvom epsilon-jernoxidfasen blev opnået i ren form for relativt længe siden, i 2004, har den stadig ikke fundet industriel anvendelse på grund af kompleksiteten af dens syntese, for eksempel som et medium til magnetisk - optagelse. Vi har formået at forenkle teknologien betydeligt," siger Evgeny Gorbatjov, en ph.d.-studerende ved Institut for Materialevidenskab ved Moscow State University og den første forfatter til værket. Nøglen til succesfuld anvendelse af materialer med rekordstore egenskaber er forskning i deres grundlæggende fysiske egenskaber. Uden dybdegående undersøgelser kan materialet blive ufortjent glemt i mange år, som det er sket mere end én gang i videnskabens historie. Det var tandem af materialeforskere ved Moscow State University, der syntetiserede stoffet, og fysikere ved MIPT, som studerede det i detaljer, der gjorde udviklingen til en succes.
Indlægstid: 28. juni 2021