Naukowcy uzyskali magnetyczny nanoproszek na 6Technologia G
Newswise — Naukowcy zajmujący się materiałami opracowali szybką metodę wytwarzania tlenku żelaza epsilon i wykazali, że jest ona obiecująca w przypadku urządzeń komunikacyjnych nowej generacji. Jego wyjątkowe właściwości magnetyczne sprawiają, że jest to jeden z najbardziej pożądanych materiałów, na przykład do urządzeń komunikacyjnych nadchodzącej generacji 6G i do trwałego zapisu magnetycznego. Praca została opublikowana w Journal of Materials Chemistry C, czasopiśmie Królewskiego Towarzystwa Chemii. Tlenek żelaza (III) jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych tlenków na Ziemi. Występuje głównie w postaci mineralnego hematytu (lub tlenku alfa żelaza, α-Fe2O3). Inną stabilną i powszechną modyfikacją jest maghemit (lub modyfikacja gamma, γ-Fe2O3). Ten pierwszy jest szeroko stosowany w przemyśle jako czerwony pigment, a drugi jako magnetyczny nośnik zapisu. Obie 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 szkliste. Najbardziej atrakcyjną fazą jest tlenek żelaza epsilon, ε-Fe2O3. Modyfikacja ta charakteryzuje się wyjątkowo dużą siłą koercji (zdolnością materiału do przeciwstawienia się zewnętrznemu polu magnetycznemu). Wytrzymałość sięga 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 podterahercowych (100-300 GHz) poprzez efekt naturalnego rezonansu ferromagnetycznego. Częstotliwość takiego rezonansu jest jednym z kryteriów stosowania materiałów w urządzeniach komunikacji bezprzewodowej - 4G standard wykorzystuje megaherce, a 5G wykorzystuje dziesiątki gigaherców. W planach jest wykorzystanie zakresu subterahercowego jako zasięgu roboczego w technologii bezprzewodowej szóstej generacji (6G), która przygotowywana jest do aktywnego wprowadzenia w naszym życiu od początku lat 30. XXI wieku. Powstały materiał nadaje się do produkcji jednostek przetwarzających lub obwodów absorberów przy tych częstotliwościach. Przykładowo, dzięki zastosowaniu kompozytowych nanoproszków ε-Fe2O3 możliwe będzie wytworzenie farb pochłaniających fale elektromagnetyczne, chroniących w ten sposób pomieszczenia przed sygnałami zewnętrznymi i chroniących 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. Dziś produkowany jest w bardzo małych ilościach, a sam proces trwa nawet miesiąc. Wyklucza to oczywiście jego szerokie zastosowanie. Autorzy pracy opracowali metodę przyspieszonej syntezy tlenku żelaza epsilon, pozwalającą na skrócenie czasu syntezy do jednego dnia (czyli przeprowadzenie pełnego cyklu ponad 30 razy szybciej!) i zwiększenie ilości powstałego produktu . Technika jest prosta do odtworzenia, tania i łatwa do wdrożenia w przemyśle, a materiały potrzebne do syntezy – żelazo i krzem – należą do pierwiastków najpowszechniej występujących na Ziemi. „Chociaż fazę epsilon-tlenek żelaza otrzymano w czystej postaci stosunkowo dawno temu, bo w 2004 roku, nadal ze względu na złożoność jej syntezy nie znalazła ona zastosowania przemysłowego, np. jako nośnik do zapisu magnetycznego. Udało nam się uprościć technologii znacznie” – mówi Jewgienij Gorbaczow, doktorant na Wydziale Nauk o Materiałach Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego 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, jak to miało miejsce nie raz w historii nauki. To tandem naukowców zajmujących się materiałami z Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, którzy zsyntetyzowali ten związek, oraz fizyków z MIPT, którzy go szczegółowo zbadali, zapewnił sukces opracowaniu.
Czas publikacji: 28 czerwca 2021 r