Основу нового метода составляет создание высокомагнитных порошков из магнетита в форме полых микроскопических сфер. Эти порошки затем спекаются в объемные керамические изделия. Как поясняет один из авторов работы, доцент ТПУ Иван Шаненков, процесс начинается с плазмодинамического синтеза, в ходе которого формируются полые частицы. Как пояснили в Минобрнауки РФ, этот этап происходит благодаря особым условиям взаимодействия плазмы с газовой средой. На втором этапе синтезированный порошок превращается в твердую керамику за счет спекания при строго контролируемых температуре и давлении. Важное преимущество технологии — в сохранении выдающихся магнитных свойств порошка в конечном, объемном изделии.
Особенностью метода является возможность влиять на свойства конечного продукта на этапе синтеза, своего рода «настройка» материала под конкретные задачи. Ученые экспериментально установили, что изменение состава газовой среды, например, контролируемое снижение концентрации кислорода, позволяет управлять фазовым составом, структурой и размером получаемых частиц. Это приводит к увеличению содержания чистого магнетита и минимизации примесей. Для еще большего усиления магнитных свойств исследователи успешно применили легирование кобальтом. Полученный материал — феррит кобальта — продемонстрировал высокую намагниченность насыщения, сохранив при этом высокую плотность, что критически важно для магнитных характеристик объемной керамики.
Для превращения порошка в прочное изделие применялся метод искрового плазменного спекания. Ученым ТПУ удалось определить оптимальные температурно-временные режимы этого процесса, которые гарантируют сохранение ценных магнитных качеств. По словам авторов исследования, разработанная двухступенчатая методика не только открывает путь к созданию многокомпонентных керамических материалов с превосходными и заданными магнитными свойствами, но и является более энергоэффективной по сравнению с существующими аналогами.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда и опубликованные в журнале Materials Characterization, имеют значительный прикладной потенциал. Такие материалы востребованы в перспективных областях: от защиты от электромагнитного излучения и спинтроники до медицинской диагностики с помощью магнитно-резонансной томографии.
Ранее ученые получили соединения редкоземельных металлов со свойствами молекулярных магнитов.
