Het creëren van innovatieve materialen is een van de belangrijkste gebieden van de moderne wetenschap. Actieve ontwikkeling van Industrie 4.0 vereist nieuwe eigenschappen van composietelementen van elektronica. Binnen dit gebied worden onderzoeken uitgevoerd door wetenschappers van de South Ural State University. SUSU's Crystal Growth Laboratory voert modificaties uit van eigenschappen en structuur van ferrieten, die oxiden van ijzer zijn met oxiden van andere metalen. Deze taak wordt uitgevoerd door andere chemische elementen in de structuur van bariumhexaferriet te introduceren om nieuwe werkeigenschappen van het materiaal te verkrijgen.

Een van de laatste onderzoeksartikelen gewijd aan dit onderwerp werd eind 2017 gepubliceerd in Keramiek Internationaal .

"De specificiteit van de ferrietkristalstructuur ligt in het feit dat het vijf verschillende posities van ijzer in het kristalrooster heeft. Dit is precies wat het mogelijk maakt om de structuur en eigenschappen van het materiaal in een voldoende breed bereik te wijzigen. De structuur van het oorspronkelijke materiaal verandert zijn eigenschappen na introductie van andere elementen, wat de mogelijkheden voor het gebruik ervan vergroot. Daarom, door de chemische samenstelling van het materiaal te veranderen, we kunnen de werkkenmerken wijzigen. We hebben de distributie van indium op posities van het vervangende element onderzocht, " zegt Dennis Vinnik, Hoofd van het kristalgroeilaboratorium.

De wetenschappers hebben een speciale interesse om te bepalen welke van de ijzerposities in het rooster van bariumhexaferriet de meeste voorkeur heeft voor het nieuwe element:de eigenschappen van het gemodificeerde materiaal hangen af ​​van de structuur ervan. Op dit moment, de kristallografische posities die indium zal plaatsen zijn bepaald. Er wordt onderzoek gedaan op het gebied van het bestuderen van superhoge frequentiekarakteristieken en de aard van andere verschillende eigenschappen van ferrieten.

"Onze interesse voor bariumferrieten wordt bepaald door hun hoge functionele eigenschappen, ", legt Aleksey Valentinovich uit. "Door de chemische stabiliteit en corrosiebestendigheid zijn deze materialen milieuvriendelijk en praktisch onbeperkt bruikbaar. Hexaferrieten bezitten uitstekende magnetische parameters. Lage specifieke elektrische geleidbaarheid maakt het mogelijk om hexaferrietmagneten toe te passen bij aanwezigheid van hoogfrequente magneetvelden, die toekomstgericht is voor micro-elektronica. Tegenwoordig heeft dit materiaal een groot potentieel bij het absorberen van elektromagnetische interferentie (EMI) in het microgolfbereik. Daarom, hexaferrieten zijn toepasbaar voor microgolftechnologieën en voor gegevensoverdracht en bescherming tegen blootstelling aan golven bij hoge frequenties."

"We werken met een 'palet' van verschillende chemische elementen, inclusief wolframium, aluminium, titanium, mangaan en silicium. We zouden graag willen weten hoe dergelijke vervangingen de eigenschappen van het materiaal beïnvloeden, " zegt Svetlana Aleksandrovna. "Nu, we werken met loodgermanaat. Aanvullend, we bestuderen de fysieke kenmerken van bariumhexaferriet met plaatsbaar lood en zijn gedrag bij hoge temperaturen. Op een bepaald punt van verwarming tot een bepaalde temperatuur, het monster begint te krimpen; dit is een heel bijzonder fenomeen. Binnen dit experiment is we hebben de lineaire uitzettingscoëfficiënt berekend en interessante afhankelijkheden verkregen. Er zijn materialen met een negatieve of nul uitzettingscoëfficiënt; ze veranderen niet van grootte tijdens het opwarmen. Dit is belangrijk bij extreme temperaturen, omdat sommige elektronische details zelfs onder normale omstandigheden oververhit raken."

Bariumhexaferriet met plaatsbaar lood is een van de studiegebieden van het Crystal Growth Laboratory. De wetenschappers hebben nu eenkristallen gekweekt met een lage defectdichtheid die kunnen worden toegepast als werkende elementen van elektronische apparaten. Mogelijk, het materiaal kan worden gebruikt voor het maken van een kwantumcomputer die de hoogste prestatiecapaciteit zou hebben van de bestaande computerapparatuur.

De ontwikkeling van nieuwe magnetische materialen in de 21e eeuw zal het mogelijk maken om geheugenelementen te creëren met een snelle respons, aanzienlijk volume, en betrouwbaarheid. Deze materiaalklasse kent vele toepassingen.