В Томске создан поглощающий излучение порошок для «невидимой» техники
Ученые Томского политехнического университета разработали быстрый и экономичный способ получения порошков, состоящих из полых микросфер магнетита (разновидности оксида железа), для создания материалов, поглощающих СВЧ-излучение. Из таких материалов можно изготавливать обшивку для военной техники, делая ее невидимой для радаров, а также защищающие от электромагнитного излучения покрытия для высокотехнологичных устройств. Кроме этого, получаемые учеными микропорошки могут быть использованы в области водородной энергетики и медицине, – для транспортной доставки лекарств, а также лечения плохой свертываемости крови.
«Микрочастицы магнетита (Fe3O4) обладают уникальным набором магнитных характеристик, что делает данный материал перспективным для использования в поглотителях СВЧ-излучения», — рассказывает сотрудник Отделения электроэнергетики и электротехники Инженерной школы энергетики Томского политехнического университета (ТПУ) Иван Шаненков.
Ввиду полой структуры и хороших магнитных свойств, частицы магнетита способны поглощать до 99,99% электромагнитного излучения в диапазоне частот от 4 до 12 ГГц.
Сотрудники лаборатории ТПУ получают и другие разновидности оксидов железа в форме нанодисперсных и ультрадисперсных порошков. Например, альфа-фаза оксида железа служит основой для универсального дакстилоскопического порошка. Также ученые успешно синтезируют очень редкую эпсилон-фазу оксида железа, причем с высокой чистотой — до 90%.
Установка для плазмо-динамического синтеза
«Помимо нас это под силу только двум научным группам в мире: одна из них из Японии, другая из Чехии, — отмечает Иван Шаненков. — Эпсилон-фаза — это полиморф оксида железа (II), который может быть получен только в лабораторных условиях и не имеет аналогов в природе. Преимущества этого материала в том, что он имеет самую большую коэрцитивную силу среди простых оксидов металлов (23 кЭ). Чем большей коэрцитивной силой обладает магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам. Поглощение электромагнитного излучения у полиморфа оксида железа (II) на радиочастотах в 10 раз выше, чем у магнетита. Всего по теме исследований эпсилон-фазы в мире сегодня опубликовано не более 100 научных статей.»
Новый метод позволяет получать разные фазы оксидов железа за одну миллисекунду, в то время как аналогичные химические технологии требуют для этого от суток до трех недель. Кроме того, способ ТПУ еще и ресурсоэффективен: оксиды железа получают из простых водопроводных труб, а энергозатраты на один производственный процесс составляют около 5 рублей.
Получают оксиды железа ученые на уникальной установке — ускорителе плазмы, разработанном профессором Отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Александром Сивковым. В ускоритель монтируется отрезок стальной водопроводной трубы длиной примерно 20 см, который выступает в роли рабочего электрода. В ускорителе зажигается плазма, плазменный разряд проходит через стальную трубу, собирает с ее стенок металл и попадает в камеру-реактор, заполненную кислородом. В результате быстропротекающей плазмохимической реакции синтезируются нано- и микрочастицы оксида железа. Причем, по своим свойствам они отличаются от оксидов железа, получаемых химическими методами, что вызывает интерес к нашей разработке со стороны коллег, как в России, так и в мире.
Так, недавно разработкой заинтересовался и московский НМИЦ гематологии. Получены доказательства улучшения свертываемости крови при применении пластырей с порошком, что в перспективе может стать спасением для пациентов с гемофилией.
Кроме этого, магнетит используется в медицине как транспортная ячейка для лекарственных препаратов. Причем, сами частицы магнетита абсолютно безвредны для организма и легко из него выводятся.
Также полученные порошки можно использовать как маскирующее покрытие для военной техники, — радиолокационная аппаратура не будет видеть ее на специальных частотах. Кроме того, покрытия из магнетита можно применять для защиты оптоволоконных кабелей и другого IT-оборудования от высокочастотных помех при высокоскоростной передаче данных.
Добавим что, исследования свойств получаемых на уникальном ускорителе ТПУ порошков проводится томскими учеными совместно с коллегами из Цзилиньского университета (Китай) в рамках совместного гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ 17-53-53038 ГФЕН_а), полученного на 2017-2018 годы.
«В рамках гранта мы исследуем условия синтеза и абсорбционные свойства получаемых нами порошков оксида железа. Наша часть работы состоит в определении оптимальных условий синтеза и параметров системы, при которых получаются порошки различного фазового состава. А наши китайские коллеги под руководством профессора Гуаншэ Ли и профессора Хань Вэя — одного из первых иностранных выпускников аспирантуры ТПУ, — детально изучают микроструктуру и магнитные свойства получаемых нами разновидностей оксидов железа. Сейчас мы планируем продлить грант РФФИ на второй год, чтобы провести исследование радиочастотных свойств эпсилон-фазы оксида железа», — заключает Иван Шаненков.