Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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. 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-оскид 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 трансфомироваться 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 не сильно 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 градусов содержали не более двух процентов 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 процентов 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) экспилон-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».
Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.
В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.
Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.
Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.
В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.
Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.
До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.
Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.
Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии