تعتبر الموجات المليمترية (30-300 غيغاهرتز) واعدة كموجات حاملة لرادارات السيارات، والاتصالات اللاسلكية من الجيل التالي، وما وراء معايير تكنولوجيا الجيل الخامس للشبكات الخلوية عريضة النطاق (ما وراء 5G). حيث تقوم ماصات الموجة المليمترية بقمع الضوضاء والتداخل بين الأجهزة.
نعلم حتى الآن عن ممتص موجة مليمترية عريض النطاق عالي الكفاءة يعتمد على مركب من بلورات متناهية الصغر متراكمة تدعى رباعي التيتانيوم مغطاة بمغناطيسات نانوية من أكسيد الحديد المستبدلة. يُظهر هذا المركب نفاذية عالية وثابت عزل عالياً في نطاق الموجة المليمترية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم وإعداد أغشية رقيقة للغاية تمتص الموجات المليمترية. يقوم جهاز الامتصاص الذي يبلغ طوله 183 ميكرومتر بقمع 99.1% من الانعكاسات عند 78 غيغاهرتز مع امتصاص النطاق العريض 14.3 غيغاهرتز. نظراً لأنه يتكون من مواد غير عضوية فقط، فإن جهاز الامتصاص هذا مقاوم للعوامل الجوية ومناسب للاستخدام في الهواء الطلق.
وفي هذا السياق وضمن بحث العلماء عن تطوير هذه التقنية وجعلها اقتصادية وقابلة للتطبيق على المستوى التجاري، فقد طور المعهد الكوري لعلوم المواد KIMS أول تقنية تصنيع مستمرة في العالم للمواد المغناطيسية التي تمتص الموجات المليمترية.
نجح فريق بحثي بقيادة الدكتور يون كيونغ بايك والدكتور جونغ-جو لي في تطوير أول تقنية في العالم لتصنيع أكسيد الحديد إبسيلون على التوالي، والذي يمكنه امتصاص الموجة المليمترية بقوة قسرية عالية تعادل تلك الموجودة في مغناطيس النيوديميوم (Nd). يعمل الباحثون في قسم المواد المغناطيسية في قسم مواد المسحوق في المعهد الكوري لعلوم المواد (KIMS)، وهو معهد أبحاث تموله الحكومة تحت إشراف وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.
إن مادة أكسيد الحديد ذات الطور البلوري إبسيلون عالي الإكراه، تكاد تكون المادة المغناطيسية الوحيدة المعروفة حتى الآن عند العلماء التي تمتص ترددات عالية جداً والتي تشكل نطاق تردد 6G محتمل. حتى الآن، تم تشكيلها فقط في جسيم نانو بحجم 50 نانومتر أو أقل. نجحت اليابان في إنتاج أكسيد حديد إبسيلون نقي من خلال عملية رطبة من النوع الدفعي، ولكنها تنطوي على عملية متعددة المراحل تستغرق وقتاً طويلاً، ما أدى إلى انخفاض العائد.
اعتمد فريق البحث الكوري عملية الهباء الجوي لحل مشكلة العائد المنخفض، ونجح في إنتاج مسحوق مركب يتم فيه دمج الجسيمات النانوية لأكسيد الحديد إبسيلون في جزيئات السيليكا عن طريق محاليل تجفيف بالرش في غرفة ساخنة. عندما يتم حقن محلول مادة السلائف باستمرار وتجفيف القطرات على الفور، يتم احتجاز المادة الأولية للحديد في جزيئات السيليكا xerogel وتقتصر على النمو أثناء المعالجة الحرارية. يمكن إنتاج جزيئات أكسيد الحديد النانوية من الإبسيلون بشكل مستمر من خلال عملية تصنيع مسحوق بحجم ميكرومتر، وهو أمر مهم لأنه أظهر إمكانية تسويق مواد امتصاص الموجات المليمترية.
في حين أن المعادن التقليدية التي تمتص الموجات الكهرومغناطيسية قد قللت من قدرة الامتصاص في النطاقات عالية التردد أو لديها قيود في التحكم في نطاقات التردد، فإن أكسيد الحديد إبسيلون لديه إمكانات عالية كمواد لأجزاء الاتصالات المستقبلية بسبب قدرته على الامتصاص في التردد الفائق (30 -200 غيغا هرتز). يمكن استخدام تقنية التصنيع المستمر لأكسيد الحديد إبسيلون مع قدرة امتصاص الموجة المليمترية للاتصالات اللاسلكية بموجة / 6G أو 5G، وأجهزة استشعار الرادار للسيارات بدون سائق، ومكونات اتصالات الأقمار الصناعية الشبحية ذات المدار المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، نظراً لأنها مادة مغناطيسية عالية الإكراه، يمكن استخدامها لأجزاء المحرك الكهربائي للتنقل في المستقبل.
في الوقت الحالي، لا تنتج أي شركة منتجات تجارية بمواد مغناطيسية مطبقة قادرة على امتصاص موجات ملم. تنتج شركتان أو ثلاث فقط في الولايات المتحدة واليابان وألمانيا مواد امتصاص وتدريع نطاق الجيل الخامس. لكن من المتوقع أن يتم توطين التكنولوجيا التي طورها الباحثون في المعهد الكوري KIMS وتصديرها إلى السوق العالمية في المستقبل.
قال الباحث الرئيسي د. يون كيونغ بايك: يمكن لأكسيد الحديد إبسيلون أن يمتص بشكل انتقائي ترددات عالية جداً في نطاق عريض (30 إلى 200 غيغاهرتز). تكمن أهمية الدراسة في أنها طورت أول عملية تصنيع مستمرة لأكاسيد الحديد إبسيلون. ومن المتوقع أن تعمل هذه التقنية على تسريع تسويق أجهزة الاتصالات اللاسلكية باستخدام موجات المليمتر، ورادارات السيارات ذاتية القيادة، وتكنولوجيا الامتصاص للاتصالات الفضائية الفضائية في المستقبل.
تم إجراء البحث كمشروع لتطوير مواد مركبة مغناطيسية ذات أداء مغناطيسي مضبوط لـ KIMS وبتمويل من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات. بالإضافة إلى ذلك، نُشر البحث في مجلة Chemical Communications، وهي مجلة أكاديمية شهيرة في علم المواد تنشرها الجمعية الملكية للكيمياء في المملكة المتحدة في 23 سبتمبر. حالياً، يناقش فريق البحث نقل التكنولوجيا للإنتاج الضخم للمواد الممتصة لأكسيد الحديد مع العديد من الشركات، ويُجري دراسة متابعة لتحسين قدرة امتصاص الموجة التي تصل إلى تيراهيرتز والتي تبلغ 100 غيغا هرتز أو أعلى.
KIMS هو معهد أبحاث غير هادف للربح تموله الحكومة تحت إشراف وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات في جمهورية كوريا. نظراً لكونه المعهد الوحيد المتخصص في تقنيات المواد الشاملة في كوريا، فقد ساهم KIMS في الصناعة الكورية من خلال تنفيذ مجموعة واسعة من الأنشطة المتعلقة بعلوم المواد بما في ذلك البحث والتطوير والتفتيش والاختبار والتقييم والدعم التكنولوجي.
----