Zinātnieki iegūst magnētisko nanopulveri par 6G tehnoloģija
Newswise — Materiālzinātnieki ir izstrādājuši ātru epsilona dzelzs oksīda ražošanas metodi un pierādījuši tās daudzsološu pielietojumu nākamās paaudzes sakaru ierīcēs. Tā izcilās magnētiskās īpašības padara to par vienu no iekārojamākajiem materiāliem, piemēram, gaidāmajā 6G paaudzes sakaru ierīcēs un izturīgai magnētiskajai ierakstīšanai. Darbs tika publicēts Karaliskās ķīmijas biedrības žurnālā Journal of Materials Chemistry C. Dzelzs (III) oksīds ir viens no visizplatītākajiem oksīdiem uz Zemes. Tas galvenokārt atrodams kā minerāls hematīts (jeb alfa dzelzs oksīds, α-Fe2O3). Vēl viena stabila un izplatīta modifikācija ir magemīts (jeb gamma modifikācija, γ-Fe2O3). Pirmais tiek plaši izmantots rūpniecībā kā sarkans pigments, bet otrais - kā magnētiskais ierakstīšanas līdzeklis. Abas modifikācijas atšķiras ne tikai ar kristālisko struktūru (alfa dzelzs oksīdam ir heksagonāla singonija, bet gamma dzelzs oksīdam - kubiska singonija), bet arī ar magnētiskajām īpašībām. Papildus šīm dzelzs (III) oksīda formām pastāv arī eksotiskākas modifikācijas, piemēram, epsilon-, beta-, zeta- un pat stiklveida. Vispievilcīgākā fāze ir epsilon dzelzs oksīds, ε-Fe2O3. Šai modifikācijai ir ārkārtīgi augsts koercivitātes spēks (materiāla spēja pretoties ārējam magnētiskajam laukam). Stiprums istabas temperatūrā sasniedz 20 kOe, kas ir salīdzināms ar magnētu parametriem, kuru pamatā ir dārgi retzemju elementi. Turklāt materiāls dabiskās feromagnētiskās rezonanses ietekmē absorbē elektromagnētisko starojumu subterahercu frekvenču diapazonā (100–300 GHz). Šādas rezonanses frekvence ir viens no kritērijiem materiālu izmantošanai bezvadu sakaru ierīcēs – 4G standarts izmanto megahercus, bet 5G – desmitiem gigahercu. Ir plānots izmantot subterahercu diapazonu kā darba diapazonu sestās paaudzes (6G) bezvadu tehnoloģijā, kas tiek gatavota aktīvai ieviešanai mūsu dzīvē no 2030. gadu sākuma. Iegūtais materiāls ir piemērots pārveidošanas bloku vai absorbētāju shēmu ražošanai šajās frekvencēs. Piemēram, izmantojot kompozītmateriālu ε-Fe2O3 nanopulverus, būs iespējams izgatavot krāsas, kas absorbē elektromagnētiskos viļņus un tādējādi aizsargā telpas no svešiem signāliem, kā arī aizsargā signālus no pārtveršanas no ārpuses. Pašu ε-Fe2O3 var izmantot arī 6G uztveršanas ierīcēs. Epsilona dzelzs oksīds ir ārkārtīgi reta un grūti iegūstama dzelzs oksīda forma. Mūsdienās to ražo ļoti mazos daudzumos, un pats process aizņem līdz pat mēnesim. Tas, protams, izslēdz tā plašu pielietojumu. Pētījuma autori izstrādāja metodi epsilona dzelzs oksīda paātrinātai sintēzei, kas spēj samazināt sintēzes laiku līdz vienai dienai (tas ir, veikt pilnu ciklu vairāk nekā 30 reizes ātrāk!) un palielināt iegūtā produkta daudzumu. Metode ir vienkārši reproducējama, lēta un viegli ieviešama rūpniecībā, un sintēzei nepieciešamie materiāli – dzelzs un silīcijs – ir vieni no visizplatītākajiem elementiem uz Zemes. "Lai gan epsilona-dzelzs oksīda fāze tīrā veidā tika iegūta relatīvi sen, 2004. gadā, tā joprojām nav atradusi rūpniecisku pielietojumu tās sintēzes sarežģītības dēļ, piemēram, kā magnētiskās ierakstīšanas vide. Mums ir izdevies ievērojami vienkāršot tehnoloģiju," saka Jevgeņijs Gorbačovs, Maskavas Valsts universitātes Materiālzinātņu katedras doktorants un darba pirmais autors. Rekordlielisku materiālu veiksmīgas pielietošanas atslēga ir to fundamentālo fizikālo īpašību izpēte. Bez padziļinātas izpētes materiāls var tikt nepelnīti aizmirsts uz daudziem gadiem, kā tas zinātnes vēsturē ir noticis ne reizi vien. Tieši Maskavas Valsts universitātes materiālzinātnieku tandēms, kas sintezēja savienojumu, un MIPT fiziķi, kas to detalizēti pētīja, nodrošināja veiksmīgu izstrādi.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 4. jūlijs 