Дослідницькій групі під керівництвом доктора Йон Кьонг Пека та доктора Чон Гу Лі вдалося розробити першу в світі технологію послідовного виробництва епсилон-оксиду заліза, який може поглинати міліметрові хвилі з високою коерцитивною силою, еквівалентною неодимовим (Nd) магнітам . Дослідники працюють у відділі магнітних матеріалів у відділі порошкових матеріалів Корейського інституту матеріалознавства (KIMS), науково-дослідного інституту, який фінансується урядом при Міністерстві науки та ІКТ.
Матеріал оксид заліза з висококоерцитивною кристалічною фазою епсилон є чи не єдиним магнітним матеріалом, який поглинає надвисокі частоти, що є потенційним діапазоном частот 6G. Досі він утворювався лише в наночастинках розміром 50 нанометрів або менше. Японії вдалося виробити чистий епсилон-оксид заліза за допомогою періодичного мокрого процесу, але він передбачає багатоступінчастий процес, що вимагає багато часу, що призводить до низького виходу.
Авторство зображення: Корейський інститут матеріалознавства (KIMS)
Дослідницька група застосувала аерозольний процес, щоб вирішити проблему низького виходу, і досягла успіху у виготовленні композитного порошку, в якому епсилон-наночастинки оксиду заліза вбудовані в частинки кремнезему шляхом сушіння розчинів прекурсорів розпиленням у гарячій камері. Коли розчин матеріалу-попередника безперервно впорскують і краплі миттєво висихають, попередник заліза затримується в частинках ксерогелю кремнезему та обмежується ростом під час термічної обробки. Наночастинки оксиду заліза типу Epsilon можна безперервно виробляти за допомогою процесу виробництва порошку мікрометрового розміру, що є важливим, оскільки показало можливість комерціалізації матеріалів, що поглинають міліметрові хвилі.
У той час як звичайні метали, які поглинають електромагнітні хвилі, мають знижену здатність поглинання у діапазонах високих частот або мають обмеження щодо контролю діапазонів частот, епсилон-оксид заліза має високий потенціал як матеріал для майбутніх комунікаційних частин завдяки своїй здатності поглинати в ультрависоких частотах (30 -200 ГГц). Технологія безперервного виробництва епсилон-оксиду заліза з можливістю поглинання міліметрових хвиль може бути використана для бездротового зв’язку 5G/6G міліметрового діапазону, радарних датчиків для безпілотних автомобілів, стелс-компонентів і компонентів супутникового зв’язку на низькій орбіті. Крім того, оскільки це магнітний матеріал з високою коерцитивною силою, його можна використовувати для частин електродвигуна для майбутньої мобільності.
Авторство зображення: Корейський інститут матеріалознавства (KIMS)
В даний час жодна компанія не випускає промислово продукцію з застосованими магнітними матеріалами, здатними поглинати міліметрові хвилі. Лише дві-три компанії в США, Японії та Німеччині виробляють матеріали для поглинання та екранування діапазону 5G. Очікується, що технологія, розроблена дослідниками KIMS, буде локалізована та експортована на світовий ринок у майбутньому.
Головний дослідник д-р Йон-Кьонг Бек сказав: «Епсилон-оксид заліза може вибірково поглинати надвисокі частоти в широкому діапазоні (від 30 до 200 ГГц). Значення дослідження полягає в тому, що воно розробило перший безперервний процес виробництва епсилон-оксидів заліза. Очікується, що в майбутньому ця технологія прискорить комерціалізацію пристроїв бездротового зв’язку з використанням міліметрових хвиль, радарів для самокерованих автомобілів і технології поглинання для космічного супутникового зв’язку».
Дослідження проводилося як проект із розробки магнітних композиційних матеріалів із регульованими магнітними характеристиками KIMS та фінансувалося Міністерством науки та ІКТ. Крім того, дослідження було опубліковано в Chemical Communications, відомому науковому журналі з матеріалознавства, виданому Королівським хімічним товариством Великобританії 23 вересня. Наразі дослідницька група обговорює з багатьма компаніями передачу технології для масового виробництва матеріалів, що поглинають оксид заліза, і проводить подальше дослідження для покращення здатності поглинати хвилі до терагерц, що становить 100 гігагерц (ГГц) або вище.
Довідка: «Легкий синтез епсилон-оксидів заліза за допомогою розпилювальної сушки для поглинання міліметрових хвиль» Гі Реон Джо, Мін Бьол Юн, Йонг Хун Сон, Бьонджін Парк, Чон-Гу Лі, Янг-Гук Кім, Янг-Гук Сон і Юн -Kyoung Baek, 23 вересня 2022 р., Chemical Communications .
DOI: 10.1039/D2CC03168J