A criação de materiais inovadores é uma das áreas mais importantes da ciência moderna. O desenvolvimento ativo da Indústria 4.0 requer novas propriedades de elementos compostos de eletrônicos. Pesquisas de cientistas da South Ural State University são implementadas nesta área. O Laboratório de Crescimento de Cristais da SUSU realiza modificações nas propriedades e na estrutura das ferritas, que são óxidos de ferro com óxidos de outros metais. Esta tarefa é realizada através da introdução de outros elementos químicos na estrutura da hexaferrita de bário, a fim de obter novas características de trabalho do material.

Um dos mais recentes artigos de pesquisa dedicados a este tema foi publicado no final de 2017 em Ceramics International .

“A especificidade da estrutura cristalina da ferrita está no fato de possuir cinco posições diferentes de ferro na rede cristalina. É exatamente isso que permite modificar a estrutura e as propriedades do material em uma faixa suficientemente ampla. A estrutura do material inicial muda seu propriedades após a introdução de outros elementos, o que amplia as possibilidades de seu uso. Portanto, alterando a composição química do material, podemos modificar suas características de funcionamento. Pesquisamos a distribuição de índio nas posições do elemento substituto, "diz Denis Vinnik, Chefe do Laboratório de Crescimento de Cristais.

Os cientistas têm um interesse especial em determinar qual das posições do ferro na rede da hexaferrita de bário é a mais preferencial para o novo elemento:as propriedades do material modificado dependem de sua estrutura. Atualmente, as posições cristalográficas que o índio colocará foram determinadas. A pesquisa está sendo realizada na área de estudo das características de frequência superalta e a natureza de outras propriedades diversas das ferritas.

“Nosso interesse pelas ferritas de bário é condicionado por suas altas propriedades funcionais, "explica Aleksey Valentinovich." A estabilidade química e a resistência à corrosão tornam esses materiais ambientalmente seguros e utilizáveis ​​por tempo praticamente ilimitado. Hexaferritas possuem excelentes parâmetros magnéticos. A baixa condutividade elétrica específica permite a aplicação de ímãs de hexaferrita na presença de campos magnéticos de alta frequência, que é prospectivo para microeletrônica. Atualmente este material possui grande potencial de absorção de interferências eletromagnéticas (IEM) na faixa de microondas. Portanto, hexaferrites são aplicáveis ​​para tecnologias de microondas e para transmissão de dados e proteção contra a exposição a ondas em altas frequências. "

“Estamos trabalhando com uma 'paleta' de vários elementos químicos, incluindo wolfrâmio, alumínio, titânio, manganês e silício. Gostaríamos de descobrir como tais substituições afetam as propriedades do material, "diz Svetlana Aleksandrovna." Agora, estamos trabalhando com chumbo germanato. Adicionalmente, estamos estudando as características físicas da hexaferrita de bário com chumbo placável e seu comportamento em altas temperaturas. Em algum ponto de aquecimento até uma temperatura específica, a amostra começa a encolher; este é um fenômeno bastante extraordinário. Dentro deste experimento, calculamos o coeficiente de expansão linear e obtivemos dependências interessantes. Existem materiais com coeficiente de expansão negativo ou zero; eles não mudam de tamanho durante o aquecimento. Isso é importante em temperaturas extremas, porque alguns detalhes eletrônicos superaquecem mesmo em condições normais. "

Hexaferrita de bário com chumbo placável é um dos campos de estudo do Laboratório de Crescimento de Cristal. Os cientistas agora desenvolveram monocristais com baixa densidade de defeitos que podem ser aplicados como elementos funcionais de dispositivos eletrônicos. Potencialmente, o material pode ser usado para a criação de um computador quântico que teria a maior capacidade de desempenho entre os dispositivos computacionais existentes.

O desenvolvimento de novos materiais magnéticos no século 21 permitirá a criação de elementos de memória com resposta de alta velocidade, volume significativo, e confiabilidade. Essa classe de materiais tem muitas aplicações.