دانشمندان نانوپودر مغناطیسی را برای 6 ... به دست آوردندفناوری جی
نیوزوایز - دانشمندان علم مواد، روشی سریع برای تولید اکسید آهن اپسیلون توسعه داده‌اند و نویدبخش کاربردهای آن برای دستگاه‌های ارتباطی نسل بعدی بوده‌اند. خواص مغناطیسی برجسته آن، آن را به یکی از مطلوب‌ترین مواد، مانند نسل آینده دستگاه‌های ارتباطی 6G و ضبط مغناطیسی بادوام، تبدیل کرده است. این کار در مجله شیمی مواد C، یکی از مجلات انجمن سلطنتی شیمی، منتشر شده است. اکسید آهن (III) یکی از رایج‌ترین اکسیدها روی زمین است. این ماده عمدتاً به صورت کانی هماتیت (یا اکسید آهن آلفا، α-Fe2O3) یافت می‌شود. یکی دیگر از اصلاح‌های پایدار و رایج، ماگمیت (یا اصلاح گاما، γ-Fe2O3) است. اولی به طور گسترده در صنعت به عنوان رنگدانه قرمز و دومی به عنوان یک محیط ضبط مغناطیسی استفاده می‌شود. این دو اصلاح نه تنها در ساختار بلوری (آلفا-اکسید آهن دارای سینگونی شش ضلعی و گاما-اکسید آهن دارای سینگونی مکعبی است) بلکه در خواص مغناطیسی نیز متفاوت هستند. علاوه بر این اشکال اکسید آهن (III)، اصلاحات عجیب و غریب‌تری مانند اپسیلون-، بتا-، زتا- و حتی شیشه‌ای نیز وجود دارد. جذاب‌ترین فاز، اکسید آهن اپسیلون، ε-Fe2O3 است. این اصلاح، نیروی وادارندگی (توانایی ماده برای مقاومت در برابر میدان مغناطیسی خارجی) بسیار بالایی دارد. استحکام آن در دمای اتاق به 20 کیلواوه می‌رسد که با پارامترهای آهنرباهای مبتنی بر عناصر گران‌قیمت خاکی کمیاب قابل مقایسه است. علاوه بر این، این ماده از طریق اثر رزونانس فرومغناطیسی طبیعی، تابش الکترومغناطیسی را در محدوده فرکانس زیر تراهرتز (100-300 گیگاهرتز) جذب می‌کند. فرکانس چنین رزونانسی یکی از معیارهای استفاده از مواد در دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم است - استاندارد 4G از مگا هرتز و 5G از ده‌ها گیگاهرتز استفاده می‌کند. برنامه‌هایی برای استفاده از محدوده زیر تراهرتز به عنوان یک محدوده کاری در فناوری بی‌سیم نسل ششم (6G) وجود دارد که از اوایل دهه 2030 برای معرفی فعال در زندگی ما آماده می‌شود. ماده حاصل برای تولید واحدهای تبدیل یا مدارهای جاذب در این فرکانس‌ها مناسب است. به عنوان مثال، با استفاده از نانوپودرهای کامپوزیت ε-Fe2O3 می‌توان رنگ‌هایی ساخت که امواج الکترومغناطیسی را جذب می‌کنند و در نتیجه اتاق‌ها را از سیگنال‌های خارجی محافظت می‌کنند و سیگنال‌ها را از رهگیری از خارج محافظت می‌کنند. خود ε-Fe2O3 نیز می‌تواند در دستگاه‌های گیرنده 6G استفاده شود. اکسید آهن اپسیلون نوعی اکسید آهن بسیار نادر و دشوار برای به دست آوردن است. امروزه، این ماده در مقادیر بسیار کمی تولید می‌شود و خود فرآیند تا یک ماه طول می‌کشد. البته این امر، کاربرد گسترده آن را منتفی می‌کند. نویسندگان این مطالعه روشی را برای سنتز تسریع‌شده اکسید آهن اپسیلون توسعه داده‌اند که قادر به کاهش زمان سنتز به یک روز (یعنی انجام یک چرخه کامل بیش از 30 برابر سریع‌تر!) و افزایش مقدار محصول حاصل است. این تکنیک به راحتی قابل تکثیر، ارزان و قابل اجرا در صنعت است و مواد مورد نیاز برای سنتز - آهن و سیلیکون - از فراوان‌ترین عناصر روی زمین هستند. اوگنی گورباچف، دانشجوی دکترا در دانشکده علوم مواد دانشگاه دولتی مسکو و نویسنده اول این مقاله، می‌گوید: «اگرچه فاز اپسیلون-اکسید آهن به شکل خالص نسبتاً مدت‌ها پیش، در سال ۲۰۰۴، به دست آمد، اما به دلیل پیچیدگی سنتز آن، به عنوان مثال به عنوان واسطه‌ای برای ضبط مغناطیسی، هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده است. ما موفق شده‌ایم این فناوری را به طور قابل توجهی ساده کنیم.» کلید موفقیت در کاربرد موادی با ویژگی‌های رکوردشکن، تحقیق در مورد خواص فیزیکی بنیادی آنهاست. بدون مطالعه عمیق، این ماده ممکن است سال‌ها به ناحق فراموش شود، همانطور که بیش از یک بار در تاریخ علم اتفاق افتاده است. همکاری دانشمندان مواد در دانشگاه ایالتی مسکو که این ترکیب را سنتز کردند و فیزیکدانان در MIPT که آن را به تفصیل مطالعه کردند، باعث موفقیت این توسعه شد.
زمان ارسال: ژوئیه-04-2022 