Tutkijat hankkivat magneettista nanojauhetta 6:lleG-tekniikka
Newswise – Materiaalitutkijat ovat kehittäneet nopean menetelmän epsilon-rautaoksidin valmistamiseksi ja osoittaneet sen lupauksen seuraavan sukupolven viestintälaitteille. Sen erinomaiset magneettiset ominaisuudet tekevät siitä yhden halutuimmista materiaaleista, kuten tulevaan 6G-sukupolveen viestintälaitteissa ja kestävässä magneettisessa tallennuksessa. Teos julkaistiin Journal of Materials Chemistry C -lehdessä, Royal Society of Chemistryn lehdessä. Rautaoksidi (III) on yksi maapallon yleisimmistä oksideista. Sitä esiintyy enimmäkseen mineraalina hematiittina (tai alfa-rautaoksidina, α-Fe2O3). Toinen vakaa ja yleinen muunnos on maghemiitti (tai gamma-modifikaatio, γ-Fe2O3). Ensin mainittua käytetään laajalti teollisuudessa punaisena pigmenttinä ja jälkimmäistä magneettisena tallennusvälineenä. Nämä kaksi modifikaatiota eroavat paitsi kiteisestä rakenteesta (alfa-rautaoksidilla on kuusikulmainen syngonia ja gamma-rautaoksidilla on kuutiomainen syngonia), vaan myös magneettisissa ominaisuuksissa. Näiden rautaoksidin (III) muotojen lisäksi on olemassa eksoottisempia muunnelmia, kuten epsilon-, beeta-, zeta- ja jopa lasimainen. Houkuttelevin faasi on epsilon-rautaoksidi, ε-Fe2O3. Tällä modifikaatiolla on erittäin suuri pakkovoima (materiaalin kyky vastustaa ulkoista magneettikenttää). Lujuus saavuttaa huoneenlämmössä 20 kOe, mikä on verrattavissa kalliisiin harvinaisiin maametalliin perustuvien magneettien parametreihin. Lisäksi materiaali absorboi sähkömagneettista säteilyä aliterahertsin taajuusalueella (100-300 GHz) luonnollisen ferromagneettisen resonanssin vaikutuksesta. Tällaisen resonanssin taajuus on yksi kriteereistä materiaalien käytölle langattomissa viestintälaitteissa – 4G:ssä. standardi käyttää megahertsejä ja 5G käyttää kymmeniä gigahertsejä. Kuudennen sukupolven (6G) langattomassa teknologiassa on suunnitelmissa käyttää aliterahertsialuetta toiminta-alueena, jota valmistellaan ottamaan aktiivisesti käyttöön elämäämme 2030-luvun alusta alkaen. Tuloksena oleva materiaali soveltuu muunnosyksiköiden tai absorptiopiirien valmistukseen näillä taajuuksilla. Esimerkiksi komposiittisia ε-Fe2O3-nanojauheita käyttämällä voidaan valmistaa maaleja, jotka absorboivat sähkömagneettisia aaltoja ja siten suojaavat huoneita vierailta signaaleilta ja suojaavat signaaleja ulkopuolelta tulevalta sieppaukselta. Itse ε-Fe2O3:a voidaan käyttää myös 6G-vastaanottolaitteissa. Epsilon-rautaoksidi on erittäin harvinainen ja vaikeasti saatavissa oleva rautaoksidin muoto. Nykyään sitä valmistetaan hyvin pieniä määriä, ja itse prosessi kestää jopa kuukauden. Tämä tietysti sulkee pois sen laajan käytön. Tutkimuksen tekijät kehittivät menetelmän epsilon-rautaoksidin nopeutettuun synteesiin, joka pystyy lyhentämään synteesiaikaa yhteen päivään (eli suorittamaan täyden syklin yli 30 kertaa nopeammin!) ja lisäämään tuloksena olevan tuotteen määrää. . Tekniikka on yksinkertainen toistaa, halpa ja helposti teollisuudessa otettavissa käyttöön, ja synteesiin tarvittavat materiaalit – rauta ja pii – ovat yksi maapallon runsaimmista alkuaineista. ”Vaikka epsilon-rautaoksidifaasi saatiin puhtaassa muodossa suhteellisen kauan sitten, vuonna 2004, se ei ole synteesin monimutkaisuuden vuoksi vieläkään löytänyt teollista käyttöä esimerkiksi magneettisen tallennuksen väliaineena. Olemme onnistuneet yksinkertaistamaan tekniikkaa huomattavasti”, sanoo Jevgeny Gorbatšov, Moskovan valtionyliopiston materiaalitieteiden laitoksen tohtoriopiskelija ja työn ensimmäinen kirjoittaja. Avain ennätysominaisuuksien omaavien materiaalien menestykselliseen käyttöön on niiden perusfysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen. Ilman syvällistä tutkimista aineisto saattaa unohtua ansaitsemattomasti useiksi vuosiksi, kuten on tapahtunut useammin kuin kerran tieteen historiassa. Se oli Moskovan valtionyliopiston materiaalitieteilijöiden tandem, jotka syntetisoivat yhdisteen, ja MIPT:n fyysikot, jotka tutkivat sitä yksityiskohtaisesti, mikä teki kehityksestä onnistuneen.
Postitusaika: 04-04-2022 