Группа ученых Университета ИТМО и Еврейского университета в Иерусалиме разработала технологию создания прозрачной и гибкой магнитной пленки, которая сможет найти применение в производстве гибких дисплеев, в качестве средства защиты от электромагнитного излучения и в других перспективных направлениях. Материал, получен при нормальном давлении и комнатной температуре, обладает выраженными магнитными свойствами и термопроводимостью, что, по убеждению ученых, позволит использовать его также и в производстве HAMR-накопителей. Результаты совместной работы специалистов были опубликованы в издании Journal of Materials Chemistry C.

О разработке

Основу трехкомпонентого состава из которого была получена пленка составляет магнетит, к которому, в объеме 10% добавлены серебряные нанонити и, в объеме 5%, — сшивающий агент. Серебряные нанонити сообщают материалу электропроводящие свойства, наночастицы магнетита – магнитные, а оксид алюминия, используемый в качестве сшивающего агента, позволяет всей конструкции сохранять устойчивость. Процесс синтеза материала осуществляется при помощи золь-гель метода на основе спиртового раствора. Для предотвращения неравномерного скапливания частиц состава и выпадения осадка была предложена авторская технология, обеспечивающая сохранение равномерности заряда частиц по всему объему раствора. По словам заведующего лабораторией «Растворной химии передовых материалов и технологий» ИТМО и, по совместительству, руководителя проекта Владимира Виноградова

“… Аналогов магнитных проводящих материалов с таким комплексом свойств сегодня не существует”.

“Ключевая задача, которую решала наша группа – синтез мультифункционального материала из магнитных наночастиц. Получить стабильную коллоидную систему из наночастиц магнетита при сохранении нейтральных значений pH чрезвычайно сложно, поскольку такие частицы, при нейтральном значении pH обладают свойством скапливаться или выпадать в осадок. Один из вариантов решения — стабилизировать смесь полимерами или сурфактантами, либо протонировать водородом, но это неизбежно приведет к тому, что среда будет очень кислой и растворит серебряные нанонити”, — описал основную проблему эксперимента Владимир.

Достоинства предложенного решения

Технологически решение выглядит так: в процессе распыления раствора спирт испаряется, а серебряные нити, наночастицы магнетита и оксид алюминия объединяются в единой структуре. При этом крайне важен тот факт, что распыление проводится при нормальных условиях и температуре 25 градусов Цельсия — то есть так же просто, как если бы мы распыляли обычную краску. В сравнении с технологией, предложенной группой Виноградова, метод распыления дорогостоящего проводящего индия на хрупкий полимерный субстрат, применяемый в аналогичных целях оказывается значительно сложнее и дороже.

Кроме того, технология с использованием индия ограничивает возможность сгибания материала углом в 30–40 градусов, поскольку при преодолении этого порогового значения полученный композит лавинообразно теряет проводимость. Более того, при стоимости индия в $1000 за килограмм процесс распыления должен проводиться в предельно жестких условиях – внутри вакуумной камеры при использовании вспомогательного дорогостоящего оборудования, что ставит под большое сомнение экономическую целесообразность такого решения.

Еще одно достоинство разработки на которое нужно обратить внимание — способность полученного материала обеспечивать эффективную защиту от электромагнитного излучения. И такое преимущество, в частности, уже сегодня крайне востребовано в военно-промышленном комплексе. Более того, в настоящий момент данная область применения материалов-аналогов почти на 80 % процентов задействована в оборонном заказе.

Владимир Виноградов

Итак, можно сказать, что ключевые преимущества полученного композита — это сочетание таких ценных достоинств, как относительно низкая стоимость готового решения, возможность использования сразу в нескольких перспективных направлениях, возможность организовать производство при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре, что, опять же, значительно снижает себестоимость его изготовления, такие качества, как гибкость и прозрачность.

Отдельного внимания заслуживает перспектива использования такой гибкой прозрачной магнитной пленки при создании HAMR-накопителей, поскольку, как подчеркнул Виноградов в своем интервью:

“… По своим магнитным и термопроводящим свойствам наш материал не только идеально подходит для использования в производстве HAMR-накопителей, но и позволяет изготавливать носители информации гибкими и прозрачными”.

Краткая справка: HAMR – гибридная технология записи информации, комбинирующая возможности магнитного чтения и магнитооптической записи. Принцип работы устройств, использующих HAMR предполагает локальное нагревание лазером зоны записи до 100 °C за 1 пс, что повышает ее магнитные свойства и приводит к перемагничиванию данного участка. Таким образом, размеры магнитной области, которая способна сохранять один бит информации значительно уменьшаются, плотность ее хранения пропорционально возрастает а влияние суперпарамагнитного эффекта снижается.

Заметим, что в компании Seagate работы по разработке технологии HAMR были начаты еще в 1998 году. На конференции IEEE International Magnetics Conference 2015 (InterMag) Seagate продемонстрировала действующий прототип системы хранения данных, оснащенных дисками, использовавшими в работе технологию термомагнитной записи. И, вместе с тем, несмотря на некоторые успехи, начало коммерческого производства дисков на основе HAMR Seagate приурочивает к 2017–2018 годам, хотя несколько ранее планировалось представить первые продукты в 2016 году. Очередной перенос сроков связан с краеугольной проблемой: получение достаточно стабильных рабочих характеристик созданных систем в долгосрочной перспективе.

На начальном этапе компания планирует поставки HAMR-дисков приоритетным клиентам в тестовом режиме в первом квартале 2017-го года, а до полномасштабного коммерческого производства дело дойдет, скорее всего, не ранее 2018-го. О цене решения пока можно только догадываться.

Пожелаем группе Владимира Виноградова успехов в продвижении их материала на коммерческий рынок и будем надеяться, что полученные в лаборатории результаты смогут быть подтверждены на уровне коммерческих продуктов в самой ближайшей перспективе.

Пресс служба Университета ИТМО