Wetenschappers verkrijgen magnetisch nanopoeder voor 6G-technologie
Newswise — Materiaalwetenschappers hebben een snelle methode ontwikkeld voor de productie van epsilon-ijzeroxide en hebben de belofte ervan voor de volgende generatie communicatieapparatuur aangetoond. De uitstekende magnetische eigenschappen maken het tot een van de meest begeerde materialen, bijvoorbeeld voor de komende 6G-generatie communicatieapparatuur en voor duurzame magnetische opname. Het werk werd gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry C, een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry. IJzeroxide (III) is een van de meest voorkomende oxiden op aarde. Het wordt meestal aangetroffen als het mineraal hematiet (of alfa-ijzeroxide, α-Fe2O3). Een andere stabiele en veel voorkomende modificatie is maghemiet (of gammamodificatie, γ-Fe2O3). De eerste wordt in de industrie veel gebruikt als rood pigment, de laatste als een magnetisch opnamemedium. De twee modificaties verschillen niet alleen in kristallijne structuur (alfa-ijzeroxide heeft hexagonale syngonie en gamma-ijzeroxide heeft kubieke syngonie), maar ook in magnetische eigenschappen. Naast deze vormen van ijzeroxide (III) zijn er meer exotische modificaties zoals epsilon-, bèta-, zeta- en zelfs glasachtig. De meest aantrekkelijke fase is epsilon-ijzeroxide, ε-Fe2O3. Deze modificatie heeft een extreem hoge coërcitiefkracht (het vermogen van het materiaal om weerstand te bieden aan een extern magnetisch veld). De sterkte bereikt 20 kOe bij kamertemperatuur, wat vergelijkbaar is met de parameters van magneten op basis van dure zeldzame aardmetalen. Bovendien absorbeert het materiaal elektromagnetische straling in het sub-terahertz-frequentiebereik (100-300 GHz) door het effect van natuurlijke ferromagnetische resonantie. De frequentie van dergelijke resonantie is een van de criteria voor het gebruik van materialen in draadloze communicatieapparatuur – de 4G standaard gebruikt megahertz en 5G gebruikt tientallen gigahertz. Er zijn plannen om het sub-terahertz-bereik te gebruiken als werkbereik in de zesde generatie (6G) draadloze technologie, die wordt voorbereid voor actieve introductie in ons leven vanaf begin 2030. Het resulterende materiaal is geschikt voor de productie van omzeteenheden of absorbercircuits bij deze frequenties. Door samengestelde ε-Fe2O3 nanopoeders te gebruiken, zal het bijvoorbeeld mogelijk zijn om verven te maken die elektromagnetische golven absorberen en zo kamers beschermen tegen signalen van buitenaf, en signalen beschermen tegen onderschepping van buitenaf. De ε-Fe2O3 zelf kan ook worden gebruikt in 6G-ontvangstapparaten. Epsilon-ijzeroxide is een uiterst zeldzame en moeilijk te verkrijgen vorm van ijzeroxide. Tegenwoordig wordt het in zeer kleine hoeveelheden geproduceerd, waarbij het proces zelf wel een maand in beslag neemt. Dit sluit uiteraard een wijdverbreide toepassing ervan uit. De auteurs van het onderzoek ontwikkelden een methode voor de versnelde synthese van epsilon-ijzeroxide die in staat is de synthesetijd tot één dag terug te brengen (dat wil zeggen een volledige cyclus van meer dan 30 keer sneller uit te voeren!) en de hoeveelheid van het resulterende product te vergroten. . De techniek is eenvoudig te reproduceren, goedkoop en gemakkelijk in de industrie te implementeren, en de materialen die nodig zijn voor de synthese – ijzer en silicium – behoren tot de meest voorkomende elementen op aarde. “Hoewel de epsilon-ijzeroxidefase relatief lang geleden, in 2004, in zuivere vorm werd verkregen, heeft deze vanwege de complexiteit van de synthese nog steeds geen industriële toepassing gevonden, bijvoorbeeld als medium voor magnetische registratie. We zijn erin geslaagd de technologie aanzienlijk te vereenvoudigen”, zegt Evgeny Gorbatsjov, promovendus bij de afdeling Materiaalwetenschappen van de Staatsuniversiteit van Moskou en de eerste auteur van het werk. De sleutel tot succesvolle toepassing van materialen met recordbrekende eigenschappen is onderzoek naar hun fundamentele fysische eigenschappen. Zonder diepgaande studie kan het materiaal jarenlang onverdiend vergeten worden, zoals meer dan eens is gebeurd in de geschiedenis van de wetenschap. Het was de tandem van materiaalwetenschappers van de Staatsuniversiteit van Moskou, die de verbinding synthetiseerden, en natuurkundigen van het MIPT, die het in detail bestudeerden, die de ontwikkeling tot een succes maakten.
Posttijd: 04 juli 2022 