Preskočiť na obsah
  • O nás
    • Kto sme a ako sa stať naším členom?
    • Stanovy spoločnosti
    • Predseda a správna rada
    • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
    • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
    • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre
  • O nás
    • Kto sme a ako sa stať naším členom?
    • Stanovy spoločnosti
    • Predseda a správna rada
    • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
    • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
    • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre
Фото: © РИА Новости / Дмитрий Астахов

Správa z oblasti ruskej vedy v pôvodnom znení (scientificrussia.ru)

  • srspol
  • 25. júla, 2023
  • 6:02 pm

Редкий оксид железа спекся в нанокерамику


Ученые из МФТИ и МГУ научились создавать нанокерамику из редкой модификации оксида железа III и изучили ее магнитные свойства. Она показала уникальную устойчивость к размагничиванию и хорошо поглощала электромагнитные волны крайне высоких частот. Благодаря этим свойствам материал можно применять в медицинской диагностике, современных сверхбыстрых телекоммуникационных системах и для детектирования электромагнитных волн. Исследование опубликовано в журнале Materials Horizons. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 21-79-10184).

Кристаллический оксид железа III (Fe2O3) может находиться в одной из четырех фаз, которые отличаются структурой и, как следствие, магнитными, термодинамическими и механическими свойствами. Эпсилон-фаза оксида железа обладает огромной коэрцитивной силой — ее трудно размагнитить внешним полем. Это свойство приближает эпсилон-оксид железа к редкоземельным магнитам, которые являются рекордсменами по магнитотвердости и применяются в авиационной и компьютерной технике. Этот материал безопасен для человека и хорошо поглощает терагерцовые частоты (что в тысячу раз выше СВЧ в наших микроволновках), а значит, материал можно использовать в высокоскоростной телекоммуникации и медицинской диагностике.

Однако в чистом виде его трудно и дорого синтезировать: требуются дорогие реагенты, а сам эпсилон-оксид может трансформироваться в более устойчивый альфа-оксид железа. Впервые материал выделили токийские ученые в 2004 году, несмотря на то что фаза известна с 1930-х годов. Процесс синтеза с тех пор несильно изменился и может занимать несколько недель. В 2021 году научная группа ученых из МФТИ и МГУ придумала, как его сократить до нескольких часов. Они научились получать наночастицы эпсилон-оксида железа размерами от 7 до 30 нанометров, стабильные при комнатной температуре. Но для практического применения отдельные наночастицы не подходят, нужно создавать нанокерамику — цельный твердый материал, состоящий из многих наночастиц. Из нее можно вырезать нужных размеров фрагменты, чтобы затем использовать их в магнитных устройствах.

Людмила Алябьева, старший научный сотрудник лаборатории терагерцовой спектроскопии МФТИ, рассказывает: «Эпсилон-фаза оксида железа наноразмерная и при этом обладает магнитными свойствами, превосходящими свойства дорогостоящих редкоземельных элементов. Например, сохраняет магнитный момент продолжительное время. Она имеет очень простой химический состав, не содержит токсичных элементов, поэтому ее производство и применение должны быть экологичными и крайне эффективными, но, к сожалению, до сих пор эта фаза не используется в промышленности, поскольку у нее сложный и экономически нецелесообразный метод синтеза».

В новой работе ученые синтезировали нанокерамику из эпсилон-оксида железа и изучили ее свойства: измерили коэрцитивную силу при различных температурах, построили спектр поглощения терагерцовых частот.

После синтеза наночастицы прессовали в таблетки, а затем нагревали до высокой температуры (от 600 до 1000 градусов Цельсия) и выдерживали при ней в течение 30 минут. В результате частицы спекались в нанокерамику и при температурах ниже 800°C содержали не более 2% примесей альфа-оксида железа. Таким образом химики подобрали оптимальную температуру для создания нанокерамики.

Затем физики исследовали материал. Оказалось, что свойства нанокерамики даже лучше, чем у отдельных наночастиц. По-прежнему сохранялась гигантская коэрцитивная сила, а при низких температурах размагничивание происходило слабее, чем в наночастицах. Это связано с тем, что зерна (частицы) внутри нанокерамики взаимодействовали между собой, препятствуя разрушению магнитного порядка из-за тепловых колебаний (суперпарамагнетизм). Благодаря такой устойчивости материал можно использовать как магнитную пленку для записи информации.

Частота спектра поглощения в терагерцовом диапазоне у нанокерамики повысилась на 10% по сравнению с наночастицами. Из этих спектроскопических данных исследователи впервые построили температурную зависимость магнитокристаллической анизотропии (показывает направления в кристалле, вдоль которых сложно или легко намагнитить / размагнитить материал) эпсилон-оксида железа. При облучении материала терагерцовыми волнами в нем теоретически должны возникать спиновые токи — перемещение спинов по материалу. Ученые впервые рассчитали силу спиновых токов для эпсилон-оксида железа. Она оказалась в несколько раз выше, чем в материалах, которые обычно применяются для генерации перемещения спинов. Это открывает еще одно потенциальное применение эпсилон-фазы — детектирование электромагнитного излучения.

Таким образом, получен простой и эффективный способ производства нанокерамики путем отжига наночастиц эпсилон-оксида железа. При этом магнитные свойства материала улучшаются, что открывает возможности для его использования в различных отраслях: от медицины до телекоммуникаций.

Евгений Горбачев, научный сотрудник МГУ, первый автор статьи, комментирует: «Начиная с 2004 года ученые концентрировались именно на исследовании функциональных свойств эпсилон-оксида железа и не особо задумывались по поводу технологических решений для промышленного метода получения фазы. Более того, кажется, интерес к этой фазе начинает уже пропадать, поскольку все ее самые интересные свойства изучили, скажем, в середине прошлого десятилетия. Мы же предложили сначала быстрый и удобный способ синтеза наночастиц, а затем и их консолидации в материал, которой уже можно непосредственно пощупать. Почему-то этого никто не сделал раньше. Так мы показали, что нанокерамику практически без примесей можно получать из эпсилон-оксида железа, и обнаружили, что при этом у материала происходит даже улучшение функциональных свойств».

Информация предоставлена пресс-службой МФТИ

Источник фото: ria.ru

Разместила: Ирина Усик

Информация взята с портала «Научная Россия» (scientificrussia.ru)
PrevPredchádzajúca správaMikuláš Kočan: Akým mečom bojuješ…
Ďalšia správaŠmátrala Haškovi: Nemáte právo kádrovať a navrhovať sankcie či pokuty proti našim hokejistomĎalšie
  • Kto sme a ako sa stať naším členom?
  • Stanovy občianskeho združenia
  • Predseda a správna rada
  • Kontakt
  • Oznamy
  • Politika
  • Kultúra a veda
  • Kultúrne novinky v slovenskom jazyku
  • Vedecké novinky v ruskom jazyku
  • Pel-mel
  • Kluby Arbat
  • Komentáre

© 2025 Slovensko-ruská spoločnosť. Všetky práva vyhradené.

Spravujte súhlas so súbormi cookie
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely. Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
Spravovať možnosti Správa služieb Spravovať predajcov Prečítajte si viac o týchto účeloch
Zobraziť predvoľby
{title} {title} {title}