Ученые ЮУрГУ продолжают исследование гексаферритов бария. В новом эксперименте специалисты создали материал, обладающий очень высокими свойствами поглощения электромагнитных волн в сравнении с изученными до этого, и подтвердили его особенности. Статья об исследовании микроволновых свойств алюминийзамещенных гексаферритов бария опубликована в одном из самых престижных журналов первого квартиля «Journal of Alloys and Compounds».
Повышение электромагнитных свойств
До недавнего времени ферриты бария с гексагональной структурой считались идеальным материалом для создания постоянных магнитов. Однако сейчас все чаще гексафериты бария рассматривают как мультиферроики, то есть материалы с двойным типом упорядочения — магнитным и электрическим. Они могут использоваться, например, в микроволновых устройствах. Гексаферриты хорошо справляются с поглощением электромагнитных волн. При этом свойства материалов зависят от концентрации в материале ионов химических элементов, замещающих ионы железа.
Исследователи Южно-Уральского государственного университета непрерывно занимаются изучением гексаферритов бария. Они синтезируют материалы с различным замещением, чтобы проверить их свойства. Так, в последней работе для замещения ионов железа использовали ионы скандия. Гексаферрит бария продемонстрировал высокие свойства поглощения волн в частотном диапазоне 20-60 ГГц. Полученный результат открывает широкие перспективы для практического применения, например, в сфере 5G-технологий.
Ранее ученые ЮУрГУ уже изучали микроволновые свойства гексаферритов бария, но в диапазоне 23-50 ГГц. Исследователи использовали для работы материал, в котором ионы железа замещены ионами титана и алюминия. Такие гексаферриты бария с гетеровалентным замещением синтезировали в Лаборатории роста кристаллов.
«Данное исследование является частью большого направления исследования влияния замещения гексаферритов на их структуру и свойства. При этом следует понимать, что различные катионы влияют на свойства исходной матрицы по-разному. Мы выбрали два, которые имеют противоположное влияние, — титан и алюминий. Для каждого легирующего элемента важно определить значение характеристик в как можно большем диапазоне частот. А это требует применения различных наборов оборудования. В данном случае речь идёт о частотном диапазоне 32-50 ГГц. Было установлено, что образцы с высокой степенью замещения алюминия обладают лучшими свойствами поглощения электромагнитных волн», — прокомментировал руководитель Лаборатории магнитных оксидных материалов со стороны ЮУрГУ, профессор, доктор химических наук Денис Винник.
.jpg)
Рисунок: положение измеряемого образца в линии передачи и геометрические параметры, используемые в расчетах.
В планах новые материалы
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда, проект № 18-79-00154. Для создания гексаферритов и изучения их особенностей привлекли ученых двух подразделений — Высшей школы электроники и компьютерных наук и Политехнического института. Методику исследования свойств новых материалов на сверхвысоких частотах разрабатывали кандидаты технических наук, доценты кафедры «Конструирование и производство радиоаппаратуры» ВШ ЭКН Денис Клыгач и Максим Вахитов. Они также проводили измерения и обрабатывали полученные результаты. Оборудование для проведения эксперимента в частотном диапазоне 32-50 ГГц было предоставлено Уральским федеральным университетом. Полученные результаты доказывают, что у этого направления есть перспектива исследования.
«Продолжение экспериментов в этой области позволит моделировать новые материалы с заданными электродинамическими свойствами, например, диэлектрической проницаемостью, магнитной проницаемостью, что существенно сократит время на разработку подобных материалов. Сейчас ведется работа по моделированию электродинамических свойств композитных материалов, в том числе и на основе гексаферритов, в заданных частотных диапазонах», — рассказал о дальнейшей работе Максим Вахитов.
Исследованные учеными материалами, продемонстрировавшие высокие свойства поглощения электромагнитных волн, смогут применяться для создания корпусов и подложек устройств СВЧ (сверхвысоких частот) и для обеспечения электромагнитной совместимости устройств радиоэлектронной аппаратуры.
Исследования в области материаловедения являются одними из трех стратегических направлений развития научной и образовательной деятельности Южно-Уральского государственного университета наряду с цифровой индустрией экологией.
ЮУрГУ — участник проекта «5-100», призванного повысить конкурентоспособность российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.