นักวิทยาศาสตร์ได้รับผงแม่เหล็กนาโนสำหรับ 6จี เทคโนโลยี
Newswise — นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุได้พัฒนาวิธีที่รวดเร็วในการผลิตออกไซด์เหล็กเอปซิลอนและแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการผลิตอุปกรณ์สื่อสารรุ่นต่อไป คุณสมบัติทางแม่เหล็กที่โดดเด่นทำให้ออกไซด์เหล็กเอปซิลอนเป็นหนึ่งในวัสดุที่เป็นที่ต้องการมากที่สุด เช่น สำหรับอุปกรณ์สื่อสารรุ่น 6G ที่กำลังจะมาถึงและสำหรับการบันทึกเสียงแม่เหล็กที่ทนทาน ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Materials Chemistry C ซึ่งเป็นวารสารของ Royal Society of Chemistry เหล็กออกไซด์ (III) เป็นออกไซด์ที่พบได้ทั่วไปมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก โดยส่วนใหญ่มักพบในรูปของแร่เฮมาไทต์ (หรืออัลฟาเหล็กออกไซด์ α-Fe2O3) การดัดแปลงที่เสถียรและพบได้ทั่วไปอีกชนิดหนึ่งคือแมกฮีไมต์ (หรือการดัดแปลงแกมมา γ-Fe2O3) โดยแมกฮีไมต์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเป็นเม็ดสีแดง ส่วนแมกฮีไมต์ใช้เป็นสื่อบันทึกแม่เหล็ก การดัดแปลงทั้งสองแบบนี้แตกต่างกันไม่เพียงแค่โครงสร้างผลึก (อัลฟาเหล็กออกไซด์มีซิงโกนีแบบหกเหลี่ยมและแกมมาเหล็กออกไซด์มีซิงโกนีแบบลูกบาศก์) แต่ยังแตกต่างกันในคุณสมบัติทางแม่เหล็กด้วย นอกจากเหล็กออกไซด์ (III) ในรูปแบบเหล่านี้แล้ว ยังมีการดัดแปลงที่แปลกใหม่กว่า เช่น เอปซิลอน เบตา ซีตา และแม้แต่แก้ว เฟสที่น่าดึงดูดที่สุดคือเหล็กออกไซด์เอปซิลอน ε-Fe2O3 การดัดแปลงนี้มีแรงบีบบังคับที่สูงมาก (ความสามารถของวัสดุในการต้านทานสนามแม่เหล็กภายนอก) ความแข็งแรงจะถึง 20 kOe ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งเทียบได้กับพารามิเตอร์ของแม่เหล็กที่ใช้ธาตุหายากที่มีราคาแพง นอกจากนี้ วัสดุจะดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความถี่ต่ำกว่าเทระเฮิรตซ์ (100-300 GHz) ผ่านผลของเรโซแนนซ์เฟอร์โรแมกเนติกตามธรรมชาติ ความถี่ของการเรโซแนนซ์ดังกล่าวเป็นหนึ่งในเกณฑ์สำหรับการใช้วัสดุในอุปกรณ์สื่อสารไร้สาย มาตรฐาน 4G ใช้เมกะเฮิรตซ์และ 5G ใช้หลายสิบกิกะเฮิรตซ์ มีแผนที่จะใช้ช่วงความถี่ต่ำกว่าเทราเฮิรตซ์เป็นช่วงการทำงานในเทคโนโลยีไร้สายรุ่นที่ 6 (6G) ซึ่งเตรียมพร้อมสำหรับการแนะนำอย่างจริงจังในชีวิตประจำวันของเราตั้งแต่ต้นทศวรรษ 2030 วัสดุที่ได้นั้นเหมาะสำหรับการผลิตหน่วยแปลงสัญญาณหรือวงจรดูดซับที่ความถี่เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น การใช้ผงนาโนคอมโพสิต ε-Fe2O3 จะทำให้สามารถผลิตสีที่ดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ จึงป้องกันห้องจากสัญญาณภายนอก และป้องกันสัญญาณจากการสกัดกั้นจากภายนอกได้ นอกจากนี้ ε-Fe2O3 เองยังสามารถใช้ในอุปกรณ์รับสัญญาณ 6G ได้อีกด้วย เหล็กออกไซด์เอปซิลอนเป็นเหล็กออกไซด์ที่หายากและหาได้ยากมาก ปัจจุบันเหล็กออกไซด์ชนิดนี้ผลิตได้ในปริมาณน้อยมาก โดยกระบวนการนี้ใช้เวลานานถึงหนึ่งเดือน ซึ่งแน่นอนว่าไม่สามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายได้ ผู้เขียนการศึกษาได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์เหล็กออกไซด์เอปซิลอนแบบเร่งรัดซึ่งสามารถลดเวลาการสังเคราะห์ลงเหลือหนึ่งวัน (กล่าวคือ ดำเนินการรอบเต็มได้เร็วขึ้นกว่า 30 เท่า!) และเพิ่มปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้ เทคนิคนี้ทำซ้ำได้ง่าย ราคาถูก และนำไปใช้ในอุตสาหกรรมได้ง่าย และวัสดุที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ ได้แก่ เหล็กและซิลิกอน ถือเป็นธาตุที่พบมากที่สุดในโลก “แม้ว่าเฟสเอปซิลอน-เหล็กออกไซด์จะได้มาในรูปบริสุทธิ์เมื่อนานมาแล้วเมื่อปี 2004 แต่ก็ยังไม่มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์มีความซับซ้อน เช่น ใช้เป็นสื่อสำหรับการบันทึกข้อมูลแม่เหล็ก เราสามารถทำให้เทคโนโลยีนี้ง่ายขึ้นได้มาก” เอฟเกนี กอร์บาชอฟ นักศึกษาปริญญาเอกจากภาควิชาวัสดุศาสตร์ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกว์ และผู้เขียนคนแรกของผลงานกล่าว กุญแจสำคัญในการนำวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษมาประยุกต์ใช้อย่างประสบความสำเร็จคือการวิจัยคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานของวัสดุนั้นๆ หากไม่ได้ศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วน วัสดุดังกล่าวอาจถูกลืมไปอย่างไม่สมควรเป็นเวลาหลายปี ซึ่งเคยเกิดขึ้นมาแล้วหลายครั้งในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกซึ่งสังเคราะห์สารประกอบดังกล่าว และนักฟิสิกส์จากสถาบัน MIPT ซึ่งศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วน ถือเป็นปัจจัยที่ทำให้การพัฒนาประสบความสำเร็จ
เวลาโพสต์ : 04-07-2022 