Композит является мультифункциональным и, по словам ученых, пригодится в разных отраслях. Благодаря выраженным магнитным свойствам и уникальной термопроводимости материала ученые уже предложили использовать его для создания накопителей информации на основе термомагнитной записи (HAMR). Предполагается, что термомагнитная запись придет на смену существующим технологиям, многократно повысив объем накопителей информации. Согласно прогнозам, коммерческое производство HAMR дисков ожидается уже в 2018.
«В термомагнитной записи используется лазер, который мгновенно перемагничивает локальную точку на поверхности диска путем резкого нагревания. По своим магнитным и термопроводящим свойствам наш материал не только хорошо подходит для этих целей, но и позволит сделать носители информации гибкими и прозрачными», — комментирует заведующий лабораторией «Растворной химии передовых материалов и технологий» Университета ИТМО и руководитель работы Владимир Виноградов.
Интересна и другая сторона применения — в качестве средства защиты от электромагнитного излучения. В настоящий момент данная область применения почти на 80% процентов задействована в оборонном заказе.
Основу полученного материала составляет магнетит, затем порядка 10% - серебряные нанонити, еще 5% - сшивающие агенты. В итоге ученым удалось получить материал, который обладает ранее недостижимым сочетанием свойств. «Аналогов магнитных проводящих материалов с таким комплексом нет», — отмечает руководитель лаборатории.
Прозрачность, устойчивость к сгибанию и стабильность системы обеспечивает комбинация серебряных нанонитей (для электропроводности), наночастиц магнетита (для магнетизма) и оксида алюминия (в качестве сшивающего агента). Материал синтезируется при помощи золь-гель метода на основе спиртового раствора. Для того, чтобы при таком сочетании компонентов не случилось скопления частиц или выпадения осадка, была использована разработанная в лаборатории технология для сохранения одинакового заряда частиц в растворе.
«Ключевая задача, которую мы решали, — это синтез этих магнитных наночастиц. Потому что получить стабильную коллоидную систему из магнетитовых наночастиц при нейтральных значениях pH очень сложно. При нейтральном значении pH частицы будут или скапливаться, или выпадать в осадок. Тогда нужно либо стабилизировать смесь сурфактантами или полимерами, либо протонировать водородом, но в таком случае среда будет очень кислой. А в такой среде серебряные нанонити будут растворяться. Грубо говоря, это комплексная проблема — как суп приготовить, чтобы он был вкусный, а не так, чтобы все отравились», — рассказывает Владимир Виноградов.
Во время распыления раствора спирт испаряется, а наночастицы магнетита, серебряные нити и оксид алюминия образуют единую структуру. Распыление проходит в условиях температуры около 25 градусов по Цельсию и при нормальных условиях — то есть так же просто, как если бы ученые хотели распылить обычную краску.
К слову, в аналогичных целях распыление дорогостоящего проводящего индия на хрупкий полимерный субстрат существенно сложнее на практике, что делает технологию, придуманную учеными из Университета ИТМО и Еврейского университета в Иерусалиме, намного более практичной.
Более того, у метода с применением индия есть существенные недостатки: получаемый в итоге материал нельзя сгибать более чем на 30−40 градусов, в противном случае он теряет проводимость. Технологию усложняет необходимость распыления в вакуумных камерах и использования дорогого оборудования, причем стоимость данного металла и так составляет около 1 000 долларов за килограмм.
Результаты работы опубликованы в Journal of Materials Chemistry C.
Полина Полещук,
Редакция новостного портала Университета ИТМО
