Ученые придумали защиту от электромагнитного излучения
18 Марта 2021
Фото: Олег Каргаполов («Вечерний Челябинск»)
По прогнозам, чудо-материал повысит надежность связи и уменьшит воздействие от сотовых телефонов.
Челябинские ученые вместе с зарубежными коллегами разработали прорывную технологию создания материалов для электроники, способных защищать от «шумов» электромагнитного поля. К примеру, такими ценными свойствами обладает гексаферрит бария, который используется в электротехнике и электронике как магнитный материал. Ученые выяснили, что, если в нем заменить атом железа на титан, его «способности» возрастут в разы.
Как известно, электромагнитное излучение зачастую приводит к помехам, прочим сбоям в радиосвязи, и это может стать серьезной проблемой. Но оно влияет не только на работу приборов, но и на самочувствие человека. Постоянное пребывание в пределах действия поля вызывает болезненное состояние. Эксперты считают, что, если подолгу разговаривать по сотовому телефону, это может негативно сказаться на здоровье. По мнению южноуральских ученых, уменьшить это воздействие и повысить качество связи поможет созданный ими материал с уникальными свойствами. Причем их можно будет «подстраивать», меняя соотношение компонентов.
Как выяснили авторы ноу-хау, если в гексаферритах бария заменить атомы железа на атомы титана, свойства материала радикально меняются. Чтобы материал «научился» поглощать электромагнитное излучение в широком диапазоне частот, ученые легировали его титаном, нагрели. В результате в структуре и магнитном состоянии материала произошли кардинальные изменения.
«Выбор замещающего элемента титана вызван тем, что металлы-заместители меняют поле анизотропии — зависимость свойств материала от направления внутри этой среды, что приводит к изменению резонансных частот относительно значения исходной матрицы»,— говорит аспирант ЮУрГУ Андрей Стариков.
Исследователи смешивали оксидные порошки, прессовали, обжигали и спекали их. Полученный материал подвергали рентгенофазному и рентгеноструктурному анализу, а поверхность и химический состав полученных образцов изучали с помощью электронного микроскопа с функцией микроанализа. И пришли к выводу, что «титановая замена» в корне меняет электрофизические свойства материалов.
«Инновационность проекта в том, что благодаря сочетанию магнитных свойств и низкой электропроводности ферриты нашли применение в приборах, работающих на высоких частотах (более 100 кГц), — прокомментировал доктор химических наук, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии», заведующий кафедрой ЮУрГУ Денис Винник. — Они используются в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике. Получение гексаферритных кристаллических структур с замещением атомов железа другими элементами расширит список материалов с заранее заданными свойствами».
По словам ученых, эти исследования будут продолжены. Результаты новых экспериментов могут открыть путь к плавной подстройке свойств полученного материала к требованиям изготовителей электронных устройств.
Добавим, что для разработки проекта была создана международная коллаборация, поддержанная российским и белорусским фондами фундаментальных исследований. Научная работа проводилась вместе с учеными Международного научно-технического центра Беларуси, Казанского физико-технического института имени Завойского (Татарстан), Лаппеенрантского технологического университета (Финляндия), Федерального университета Сеары (Бразилия), Сианьского университета Цзяотун (Китай), Гуджаратского университета и Профессионального университета Лавли (Индия).
Как известно, электромагнитное излучение зачастую приводит к помехам, прочим сбоям в радиосвязи, и это может стать серьезной проблемой. Но оно влияет не только на работу приборов, но и на самочувствие человека. Постоянное пребывание в пределах действия поля вызывает болезненное состояние. Эксперты считают, что, если подолгу разговаривать по сотовому телефону, это может негативно сказаться на здоровье. По мнению южноуральских ученых, уменьшить это воздействие и повысить качество связи поможет созданный ими материал с уникальными свойствами. Причем их можно будет «подстраивать», меняя соотношение компонентов.
Как выяснили авторы ноу-хау, если в гексаферритах бария заменить атомы железа на атомы титана, свойства материала радикально меняются. Чтобы материал «научился» поглощать электромагнитное излучение в широком диапазоне частот, ученые легировали его титаном, нагрели. В результате в структуре и магнитном состоянии материала произошли кардинальные изменения.
«Выбор замещающего элемента титана вызван тем, что металлы-заместители меняют поле анизотропии — зависимость свойств материала от направления внутри этой среды, что приводит к изменению резонансных частот относительно значения исходной матрицы»,— говорит аспирант ЮУрГУ Андрей Стариков.
Исследователи смешивали оксидные порошки, прессовали, обжигали и спекали их. Полученный материал подвергали рентгенофазному и рентгеноструктурному анализу, а поверхность и химический состав полученных образцов изучали с помощью электронного микроскопа с функцией микроанализа. И пришли к выводу, что «титановая замена» в корне меняет электрофизические свойства материалов.
«Инновационность проекта в том, что благодаря сочетанию магнитных свойств и низкой электропроводности ферриты нашли применение в приборах, работающих на высоких частотах (более 100 кГц), — прокомментировал доктор химических наук, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии», заведующий кафедрой ЮУрГУ Денис Винник. — Они используются в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике. Получение гексаферритных кристаллических структур с замещением атомов железа другими элементами расширит список материалов с заранее заданными свойствами».
По словам ученых, эти исследования будут продолжены. Результаты новых экспериментов могут открыть путь к плавной подстройке свойств полученного материала к требованиям изготовителей электронных устройств.
Добавим, что для разработки проекта была создана международная коллаборация, поддержанная российским и белорусским фондами фундаментальных исследований. Научная работа проводилась вместе с учеными Международного научно-технического центра Беларуси, Казанского физико-технического института имени Завойского (Татарстан), Лаппеенрантского технологического университета (Финляндия), Федерального университета Сеары (Бразилия), Сианьского университета Цзяотун (Китай), Гуджаратского университета и Профессионального университета Лавли (Индия).
