Projekti / Programi
Samourejanje molekularnih nanomagnetov v nanocevkah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P260 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: elektronska struktura, električne, magnetne in optične lstnosti, supraprevodniki, magnetna rezonanca, relaksacija, spektroskopija |
molekularni nanomagneti, nanocevke, samourejanje
Raziskovalci (8)
Organizacije (3)
Povzetek
Osnovni cilj predlaganega projekta je dodajanje magnetnih lastnsoti nanocevkam preko polnjenja nanocevk z nanodelci elementov prehodnih kovin ali pa s polnjenjem z molekularnimi nanomagneti. Raziskovali bomo v dveh smereh: polnjenje ogljikovih nanocevk in nanorogov ter polnjenje titanatnih nanocevk. Pripravljene vzorce bomo natančno strukturno raziskali z različnimi mikroskopskimi tehnikami: (vrstično (SEM) in presevno (TEM) mikroskopijo) s ciljem, da bi določili stabilnost pridobljenih struktur, detajle strukture (t.j. razpored nanomagnetov v cevki) in interakcijo med nanocevko ter magnetno »nečistočo«. V naslednji fazi raziskav se bomo posvetili magnetnim lastnostim z meritvijo magnetizacije (SQUID magnetometer) ter elektronske paramagnetne resonance (EPR). Preko simulacij spektrov bomo določili pomembne komponente v efektivnem spinskem Hamiltonianu. Rezultate bomo razlagali znotraj teorije superparamagnetizma molekularnih nanomagnetov.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt »Samourejanje molekularnih nanomagnetov v nanocevkah« predstavlja zelo originalen pristop k modificiranju elektronskih in magnetnih lastnosti različnih nanostruktur. Molekularni nanomagneti, ki so se pojavili pred slabimi dvajsetimi leti, so se uveljavili kot zelo zanimiv material v spintronski tehnologiji. V približno istem času so ogljikove nanocevke sprožile »nanorevolucijo« predvsem zaradi svojih izrednih elektronskih in mehanskih lastnosti. Združitev teh dveh svetov v enoten material z zelo posebnimi magnetnimi in transportnimi lastnostmi, kot jo poskušamo doseči v tem projektu, pa je že doslej vodila do povsem novih sistemov z nenavadnimi lastnostmi.
V okviru realizacije raziskovalnega projekta smo razvijali originalne eksperimentalne in teoretične tehnike. Znanstveni prispevek lahko delimo na dva dela:
1) Sinteza novih materialov
Kot prvi na svetu smo razvili učinkovite metode za interkalacijo titanatnih nanocevk z elementi prehodnih kovin. Te tehnike sedaj v splošnem delimo na dve metodi: in-situ ter ex-situ. Ti rezultati so bili tudi že mednarodno opaženi, saj smo o njih poročali na mednarodnih konferencah, objavili v člankih ter že prejeli prve citate našega dela. Pomembno je poudariti, da je mogoče razvite tehnike verjetno ob primerni prilagoditvi uporabiti tudi na sorodnih sistemih. Tako smo na primer demonstrirali kot prvi na svetu, da je mogoče dopirati z našo modificirano solvotermalno tehniko tudi ZnO nanodelce ter vzgojiti zelo čiste MnOx nanocevke ob prisotnosti Fe3+ ionov v času hidrotermalne sinteze. Interkalacija Mn12AcBr molekularnih nanomagnetov v ogljikove nanocevke je ravno tako originalna in po nam dostopnih podatkih še ni bila objavljena v svetovni literaturi. Razlog za to tiči v izredni zahtevnosti priprave vzorcev. Naša ideja za uporabo Soxhlet ekstrakcije pa bi utegnila biti zelo široko uporabna tudi za interkalacije drugih objektov v ogljikovih nanocevkah.
2) Meritve magnetnih lastnosti
Ker smo vse meritve opravili na povsem novih vzorcih, so seveda vsi rezultati, ki smo jih dobili iz SQUID in EPR meritev originalni. Posebej bi radi poudarili naš originalni pristop pri razumevanju EPR spektrov Cu-dopiranih titanatnih nanocevk. S kombinacijo klasičnih cw-EPR tehnik ter pulznih EPR sekvenc (predvsem tu omenjamo ESEEM tehnike) smo lahko z neverjetno zanesljivostjo določili položaj Cu2+ ionov v mreži. Taka asignacija pa je pomembna za razumevanje transportnih lastnosti teh materialov. Prav tako je pomembna za vse nadaljnje aplikacije, ki bodo (bi) izhajale iz rezultatov tega projekta. Cu2+ ioni in CuO nanodelci velikosti pod 10 nm lahko namreč delujejo kot odlični katalitični centri za razgradnjo ogljikovodikovih plinov ali pa kot osnova za izdelavo zelo občutljivih senzorskih elementov. Naše raziskave zahtevajo tudi razvoj ustrezne programske opreme za simulacijo zelo zapletenih EPR spektrov. Ta programska oprema, ki temelji na Matlab programski kodi, bo tudi v bodoče pomemben del naših raziskav.
Pomen za razvoj Slovenije
Pomen projekta za Slovenijo je večplasten:
1. Razvoj interdisciplinarnih raziskav:
V okviru projekta poskušamo izkoristiti sinergijo med fizikalnimi in kemijskimi vedami v Sloveniji. V projektni skupini imamo tako uveljavljene fizike, kot tudi kemike, dodali pa smo jim še mlajše raziskovalce. Ideja projektne zasnove je, da bi z usklajenim delom fizikov in kemikov poskušali razviti material s ciljnimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi.
2. Razvoj aplikativnih raziskav:
V veliki meri ta projekt še vedno vključuje predvsem osnovne raziskave, saj poskušamo priti do povsem novih materialov ter tehnik. Kljub temu, pa na vsaki stopnji poskušamo z načrtovanjem materiala iskati tudi tiste aplikativne tržne niše, ki bi bile najbolj primerne za naše sisteme. Predvsem tu preizkušamo senzorske in katalitične lastnosti, ki danes predstavljajo velikanski tržni potencial. V okviru aktualnih raziskav razmišljamo tudi o patentni prijavi s katero bi zaščitili nekatere naše dosežke.
3. Prenos znanja v Slovenijo:
Kot smo omenili, v okviru tega projekta sodelujemo s tremi tujimi skupinami iz ZDA, Francije in Hrvaške. S temi skupinami smo se povezali, ker v Sloveniji trenutno nimamo zadosti znanja na nekaterih specifičnih področjih. S skupnim delom pri realizaciji tega projekta pričakujemo, da bomo del njihovega eskpertnega znanja uspešno prenesli tudi v Slovenijo.
4. Razvoj mladih kadrov:
V projektno ekipo smo uspešno vključili mlajše raziskovalce (tudi mlade raziskovalce). Ti raziskovalci bodo z pridobljenim znanjem in izkušnjami zelo zanimiv kader tudi za slovensko industrijo, saj bodo imeli poglobljena znanja s področja nanotehnologije, kemije in fizikalnih meritev.
5. Vključevanje v mednarodne projekte:
Na osnovi rezultatov, objav, poročil v mednarodnih revijah ter konferencah smo bili povabljeni v dva projekta Evropske skupnosti (projekta sta trenutno na čakalni listi po ocenjevanju v drugem krogu). Prav tako smo se vključili kot eden vodilnih članov v prijavo COST projekta, ki je bil odobren in se je pričel izvajati novembra 2009.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
