Vedci získali magnetický nanoprášok na 6...G Technológia
Vedci zaoberajúci sa materiálmi vyvinuli rýchlu metódu na výrobu epsilon oxidu železa a preukázali jeho sľubný potenciál pre komunikačné zariadenia novej generácie. Jeho vynikajúce magnetické vlastnosti z neho robia jeden z najžiadanejších materiálov, napríklad pre nadchádzajúcu generáciu komunikačných zariadení 6G a pre odolný magnetický záznam. Práca bola publikovaná v časopise Journal of Materials Chemistry C, časopise Kráľovskej spoločnosti pre chémiu. Oxid železa (III) je jedným z najrozšírenejších oxidov na Zemi. Najčastejšie sa vyskytuje ako minerál hematit (alebo alfa oxid železa, α-Fe2O3). Ďalšou stabilnou a bežnou modifikáciou je maghemit (alebo gama modifikácia, γ-Fe2O3). Prvý z nich sa v priemysle široko používa ako červený pigment a druhý ako magnetické záznamové médium. Tieto dve modifikácie sa líšia nielen kryštalickou štruktúrou (alfa-oxid železa má hexagonálnu syngóniu a gama-oxid železa má kubickú syngóniu), ale aj magnetickými vlastnosťami. Okrem týchto foriem oxidu železa (III) existujú aj exotickejšie modifikácie, ako napríklad epsilon-, beta-, zeta- a dokonca aj sklovité. Najatraktívnejšou fázou je epsilon oxid železa, ε-Fe2O3. Táto modifikácia má extrémne vysokú koercitívnu silu (schopnosť materiálu odolávať vonkajšiemu magnetickému poľu). Pevnosť dosahuje pri izbovej teplote 20 kOe, čo je porovnateľné s parametrami magnetov založených na drahých prvkoch vzácnych zemín. Okrem toho materiál absorbuje elektromagnetické žiarenie v subterahertzovom frekvenčnom rozsahu (100 – 300 GHz) prostredníctvom účinku prirodzenej feromagnetickej rezonancie. Frekvencia takejto rezonancie je jedným z kritérií pre použitie materiálov v bezdrôtových komunikačných zariadeniach – štandard 4G používa megahertzy a 5G desiatky gigahertzov. Existujú plány na použitie subterahertzového rozsahu ako pracovného rozsahu v bezdrôtovej technológii šiestej generácie (6G), ktorá sa pripravuje na aktívne zavedenie do našich životov od začiatku 30. rokov 21. storočia. Výsledný materiál je vhodný na výrobu meničov alebo absorpčných obvodov pri týchto frekvenciách. Napríklad použitím kompozitných nanopráškov ε-Fe2O3 bude možné vyrobiť farby, ktoré absorbujú elektromagnetické vlny, a tým tienia miestnosti pred vonkajšími signálmi a chránia signály pred zachytením zvonku. Samotný ε-Fe2O3 sa môže použiť aj v prijímacích zariadeniach 6G. Oxid epsilónového železa je mimoriadne vzácna a ťažko získateľná forma oxidu železa. Dnes sa vyrába vo veľmi malých množstvách, pričom samotný proces trvá až mesiac. To samozrejme vylučuje jeho široké uplatnenie. Autori štúdie vyvinuli metódu zrýchlenej syntézy oxidu epsilónového železa, ktorá dokáže skrátiť čas syntézy na jeden deň (teda vykonať celý cyklus viac ako 30-krát rýchlejšie!) a zvýšiť množstvo výsledného produktu. Technika sa ľahko reprodukuje, je lacná a dá sa ľahko implementovať v priemysle a materiály potrebné na syntézu – železo a kremík – patria medzi najrozšírenejšie prvky na Zemi. „Hoci fáza epsilon-oxidu železa bola získaná v čistej forme relatívne dávno, v roku 2004, stále nenašla priemyselné uplatnenie kvôli zložitosti jej syntézy, napríklad ako médium pre magnetický záznam. Podarilo sa nám túto technológiu výrazne zjednodušiť,“ hovorí Jevgenij Gorbačov, doktorand na Katedre materiálových vied Moskovskej štátnej univerzity a prvý autor práce. Kľúčom k úspešnému využitiu materiálov s rekordnými vlastnosťami je výskum ich základných fyzikálnych vlastností. Bez hĺbkového štúdia môže byť materiál na mnoho rokov nezaslúžene zabudnutý, ako sa to už v dejinách vedy stalo viackrát. Úspešný vývoj zabezpečila dvojica materiálových vedcov z Moskovskej štátnej univerzity, ktorí túto zlúčeninu syntetizovali, a fyzikov z MIPT, ktorí ju podrobne študovali.
Čas uverejnenia: 4. júla 2022 