Международная группа ученых синтезировала новый композитный материал на основе гексаферрита бария и парафина для применения в антенных технологиях для беспроводной передачи данных в СВЧ-диапазоне. Разработанный материал пропускает 99.77% входного сигнала без искажения или ослабления. Исследование было опубликовано в журнале Journal of Alloys and Compounds.
На сегодняшний день гексаферриты (соединения оксида железа с оксидами других металлов), широко применяются в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике и СВЧ-технике (антенных технологиях и покрытиях, снижающих заметность). Гексаферриты характеризуются отличными магнитными свойствами и высоким удельным электрическим сопротивлением, что позволяет применять их в СВЧ-области с малыми потерями. Им также свойственна устойчивость к термическому воздействию, коррозии и химическая стабильность. Отдельно следует отметить простоту и технологичность синтеза данного класса материалов.
С практической точки зрения интерес к гексаферритам связан с возможностью их использования в качестве функциональных сред для создания электронных компонентов беспроводной связи (в том числе 5G-технологий).
«Для повышения качества передачи информации беспроводным способом, а именно увеличения объемов и скорости передачи, увеличения дистанции и обеспечения надежности передачи, в портативных устройствах требуются материалы с очень низкими потерями входного сигнала. В то же время крайне важным является вопрос „усиления“ магнитной компоненты материала с возможностью осуществления селективно-частотного поглощения излучения в заданном диапазоне и обеспечения практически „прозрачности“ на других частотах. На сегодняшний день композиционные материалы на основе гексаферритовых порошков переменного состава, диспергированных в полимерные матрицы с добавлением различных наноразмерных фракций углерода привлекают особое внимание многих исследователей в мире», — поясняет один из авторов исследования Алексей Труханов, к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры технологии материалов электроники НИТУ «МИСиС».
Однако до сих пор свойства композитов на основе гексаферритов бария и парафина в основном изучались в контексте их применения в радиопоглощающих материалах и устройствах. Возможность их применения в устройствах с низкими потерями, таких как устройства передачи данных (прототип антенных технологий в 5G-устройствах), до сих практически не рассматривалась.
Исследователи из НИТУ «МИСиС» и ряда зарубежных университетов синтезировали композитный материал на основе гексаферрита бария, замещенного ионами стронция, с последующей интеграцией в парафиновую матрицу. Образцы гексаферритовых порошков были получены методом твердофазного синтеза, заключающегося в тщательном механическом смешении исходных веществ и повторяющихся циклах «обжиг-помол» для полного обеспечения твердофазного взаимодействия и формирования однофазным составов. Исследователи установили, что при увеличении концентрации ионов стронция в гексаферрите бария отмечено снижение диэлектрических и магнитных потерь в СВЧ-диапазоне. Разработанный материал пропускает 99.77% входного сигнала без искажения или ослабления, что открывает перспективы его применения в антенных технологиях. По словам авторов исследования, новый композит может использоваться при разработке пассивных компонентов устройств беспроводной связи, например, фильтров.
Исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-72-10071).