Vědci získali magnetický nanoprášek pro 6...Technologie G
Newswise — Vědci zabývající se materiály vyvinuli rychlou metodu pro výrobu epsilonového oxidu železa a prokázali jeho slibnost pro komunikační zařízení nové generace. Jeho vynikající magnetické vlastnosti z něj činí jeden z nejžádanějších materiálů, například pro nadcházející generaci komunikačních zařízení 6G a pro odolný magnetický záznam. Práce byla publikována v časopise Journal of Materials Chemistry C, časopise Královské společnosti chemie. Oxid železa (III) je jedním z nejrozšířenějších oxidů na Zemi. Nejčastěji se vyskytuje jako minerál hematit (nebo alfa oxid železa, α-Fe2O3). Další stabilní a běžnou modifikací je maghemit (nebo gama modifikace, γ-Fe2O3). První z nich se v průmyslu široce používá jako červený pigment a druhá jako magnetické záznamové médium. Tyto dvě 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 železa (III) existují i exotičtější modifikace, jako je epsilon-, beta-, zeta- a dokonce i skelný. Nejatraktivnější fází je epsilon oxid železa, ε-Fe2O3. Tato modifikace má extrémně vysokou koertivní sílu (schopnost materiálu odolávat vnějšímu magnetickému poli). Pevnost dosahuje při pokojové teplotě 20 kOe, což je srovnatelné s parametry magnetů založených na drahých prvcích vzácných zemin. Materiál navíc 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 – standard 4G používá megahertzy a 5G desítky gigahertzů. Existují plány na využití subterahertzového rozsahu jako pracovního rozsahu v bezdrátové technologii šesté generace (6G), která se připravuje k aktivnímu zavedení do našich životů od začátku 30. let 21. století. Výsledný materiál je vhodný pro výrobu převodních jednotek nebo absorpčních obvodů na těchto frekvencích. Například použitím kompozitních nanoprášků ε-Fe2O3 bude možné vyrábět barvy, které absorbují elektromagnetické vlny, a tím chrání místnosti před vnějšími signály a chrání signály před zachycením zvenčí. Samotný ε-Fe2O3 lze také použít v přijímacích zařízeních 6G. Oxid epsilonového 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 využití. Autoři studie vyvinuli metodu pro zrychlenou syntézu oxidu epsilonového železa, která je schopna zkrátit dobu syntézy na jeden den (tj. provést celý cyklus více než 30krát rychleji!) a zvýšit množství výsledného produktu. Technika je snadno reprodukovatelná, levná a lze ji snadno implementovat v průmyslu a materiály potřebné pro syntézu – železo a křemík – patří k nejhojnějším prvkům na Zemi. „Ačkoli byla fáze epsilon-oxidu železa získána v čisté formě relativně dávno, v roce 2004, dosud nenašla průmyslové uplatnění kvůli složitosti své syntézy, například jako médium pro magnetický záznam. Podařilo se nám technologii značně zjednodušit,“ říká Jevgenij Gorbačov, doktorand na katedře materiálových věd Moskevské státní univerzity a první autor práce. Klíčem k úspěšnému využití 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 stalo nejednou. Úspěšný vývoj zajistil tandem materiálových vědců z Moskevské státní univerzity, kteří sloučeninu syntetizovali, a fyziků z MIPT, kteří ji podrobně studovali.
Čas zveřejnění: 4. července 2022 