Уральские гексаферриты излучают в 5G

Виталий Лейбин
редактор отдела науки и технологии журнала «Эксперт»
8 апреля 2021, 17:49

Новые материалы, открытые в Челябинске, имеют применение в микроволновой энергетике, сверхпрочном материаловедении и лазерах.

Игошин О.С.
Профессор Южно-Уральского госуниверситета Денис Винник

Лауреат премии Research Excellence Award Russia 2021, присуждаемой продуктивным и высокоцитируемым российским ученым, в номинации «Инженерные науки и технологии» профессор Южно-Уральского госуниверситета Денис Винник руководит группой, создающей новые ферриты с заданными свойствами. Ферриты — это соединения оксида железа с другими металлами, имеющие ферромагнитные свойства. Винник с коллегами наиболее плотно исследует модификации гегсаферрита бария — материала, раньше использовавшегося как магнит, потом как материал для магнитных пленок и жестких дисков, а сейчас он интересен прежде всего как излучатель в микроволновом диапазоне.

Расскажите о материалах, которые создаете. Что в них чудесного?

Основным направлением работы нашей группы является исследование ферритов разного типа, в том числе и гексаферрит бария. Исходный гексаферрит известен с 50-х годов прошлого века своими ферримагнитными свойствами и находил применение в качестве магнита. Потом были созданы более эффективные магниты. Следующий виток интереса к ферритам был обусловлен их применением в устройствах записи информации, в том числе в жестких дисках. В настоящее время для записи данных перспективны другие материалы и технологии. А следующий виток интереса к гексаферритам был обусловлен их уникальными микроволновыми свойствами.

Наша научная группа работает над тем, чтобы научиться контролируемым образом модифицировать ферриты и настраивать их свойства в широком диапазоне характеристик: частотный диапазон, магнитные свойства, температурные области устойчивости.

Для этого мы на атомарном уровне частично замещаем железо на другие катионы и регулируем характеристики исходной матрицы, создаем материал с необходимыми свойствами.

А для чего эти модифицированные, новые материалы могут применяться?

Как излучатель в разных диапазонах частот в микроволновой технике. Если частота исходной матрицы гексаферрита баррия 50 Гц, то замена двух атомов железа из двенадцати на два атома алюминия сдвигает рабочий диапазон до частот 100 ГГц и выше. А это уже область 5G. В сторону таких сверхвыскоких частот и направлено развитие телекоммуникаций в мире.

Кроме того, материалы могут быть использованы и в качестве компонентов защиты от электромагнитного излучения.

Кроме модификаций гексаферрита бария, какие в вас еще есть материалы?

Мы впервые системно изучаем многокомпонентные (из трех катионов) шпинельные ферриты (кубическая кристаллическая решетка). Варьируя химический состав кристаллов, мы изменяем их свойства. Мы, пожалуй, впервые ставим задачей системное изучение полных концентрационных треугольников таких систем.

Кроме того, мы занимаемся выращиванием монокристаллов германатов; есть наработки в области лейкосапфиров и рубинов, применимых в области точных технических камней и лазеров, а также реализуем проект в области создания перовскитов.

Как устроена ваша работа по созданию новых материалов?

В нашей работе мы стремимся реализовать комплексный подход к созданию материалов. У нас есть лицензионный программный пакет для моделирования условий получения материалов, что позволяет нам более направленно действовать для их синтеза. Материалы создаем у нас в лаборатории на базе Южно-Уральского государственного университета (НИУ). Созданная экспериментальная база достаточно универсальна и позволяет решать поставленные задачи. Первичную характеризацию — исследование морфологии, определение химического состава, рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ, магнитные свойства мы исследуем преимущественно тоже в Челябинске. Для дальнейшего детализированного изучения нового материала в зависимости от задач мы привлекаем наших научных партнеров в стране и за рубежом.

По поводу партнеров — как устроена ваша область в мире, много ли партнеров и конкурентов и где вы?

Как у создателей новых материалов у нас есть ряд конкурентных преимуществ — и технологические и исследовательские наработки. И поскольку мы умеем делать новые материалы, то это позволяет выстраивать взаимовыгодное сотрудничество с ведущими научными школами и организациями.

Я прямые конкуренты в мире есть?

Есть лаборатории, которые занимаются близкими объектами исследований. Но конкретные составы — есть только у нас. Есть и уникальные результаты работ.

Много партнеров, признанные результаты. Не планировали уехать куда-нибудь поработать?

С одной стороны, вопрос имеет право на жизнь, но с другой — я понимаю, что те условия, которые есть у нас в лаборатории, соответствуют мировому уровню. Я видел разные лаборатории в нашей области и у нас в научных центрах, и за рубежом. Везде есть свои плюсы и минусы. И, имея возможность сравнивать, я уверен, что у нас работать комфортнее.

Справка:

Винник Денис Александрович, доктор химических наук, кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химия материалов» ЮУрГУ, директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ (НИУ), председатель совета молодых ученых и специалистов Челябинской области, председатель Регионального отделения Российского химического общества им. Д.И. Менделеева