Projekti / Programi
Sinteza magnetnih nanodelcvev za mikrovalovne absorberje in magnetne tekočine
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T153 |
Tehnološke vede |
Keramični materiali in praški |
sinteza nanodelcev, feriti, mikrovalovni materiali, nanokompoziti, magnetne tekočine
Raziskovalci (16)
Organizacije (2)
Povzetek
Projekt je namenjen sistematičnim razvojnim raziskavam, ki bodo vodile do sinteze nanoprahov enega od tehnično zanimivejših feritnih materialov uporabnih v magnetnih tekočinah in mikrovalovnih absorberjih. Sinteza nanodelcev bo potekala preko hidrotermalne sinteze, ki je sorazmerno enostavna in cenena. Za razvoj kontrolirane sinteze nanoprahov z načrtovano morfologijo bomo uporabili splošno teorijo o kristalizaciji in rasti zrn iz raztopin, ki striktno loči proces nukleacije od procesa rasti zrn. Sintetizirane nanodelce bomo uporabili za razvoj novih magnetnih nanokompozitov za absorpcijo elektromagnetnega sevanja in za magnetne tekočine.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru projekta smo uspeli kot prvi v svetu sintetizirati ultrafine, superparamagnetne nanodelce barijevega heksaferita in pripraviti njihove stabilne suspenzije – magnetne tekočine. Pri tem smo razvili obširno znanje o procesih, ki so ključni za kontrolo velikosti delcev med hidrotermalno sintezo. Ključno za pripravo ultrafinih nanodelcev je bilo raziskati mehanizme, ki omogočajo znižanje temperature tvorbe heksaferita. Znanje nam je omogočilo, da smo kot prvi v svetu sintetizirali barijev heksaferit s preprostim soobarjanjem iz vodnih raztopin. Drug mehanizem, ki pomembno vpliva na rast nanodelcev med hidrotermalno sintezo je sekundarna rekristalizacija nanodelcev. V okviru projekta smo razvili metodo, s katero lahko popolnoma blokiramo sekundarno rekristalizacijo med hidrotermalno sintezo. Metoda, ki temelji na absorpciji oleinske kisline na nastale nanodelce, je splošna in jo je možno uporabiti tudi pri hidrotermalni sintezi drugih materialov.
Sinteza ultrafinih nanodelcev heksaferita je omogočila študij prilagoditve strukture materiala majhni velikosti nanodelcev, ter vpliva velikosti na njihove magnetne lastnosti (učinek končne dimenzije). Oboje je temeljno za razvoj nanoznanosti. Ko se velikost nanodelcev zmanjša v področje dimenzij nekaj osnovnih celic njihove kristalne strukture, se jim spremeni struktura, kar posledično dodatno vpliva na njihove lastnosti. Vpliv končne dimenzije na strukturo nanodelcev je bil intenzivno raziskan na primeru feritov s preprosto kubično spinelno strukturo. Za znanost bi bil zelo zanimiv tudi vpliv končne dimenzije na kompleksno, plastovito strukturo heksaferitov. Ploščati nanodelci heksaferita, ki smo jih sintetizirali v okviru projekta imajo debelino, ki je samo nekoliko večja od osnovne celice njihove strukture in so zelo zanimivi za raziskave vpliva končne dimenzije. V okviru projekta smo pojasnili nekatere osnovne učinke končne dimenzije nanodelcev na njihove strukturne in magnetne lastnosti, pričakujemo pa, da bo možnost sinteze primernih nanodelcev sprožila nadaljnje raziskave.
V okviru projekta smo razvili novo zanje o karakterizaciji nanomaterialov. Pri raziskavah strukturnih lastnosti nanodelcev smo uporabili sofisticirane metode, predvsem visoko ločljivostno elektronsko mikroskopijo, rentgensko difraktometrijo in Moesbauerjevo spektroskopijo. Metode so pri preiskavi tako majhnih nanodelcev na samem robu svojih zmogljivosti, ker je zahtevalo razvoj novega znanja o sami karakterizaciji.
Poseben poudarek projekta je bil na razvoju znanja o pripravi stabilnih suspenzij nanodelcev barijevega heksaferita v različnih nosilnih tekočinah, t. i. magnetnih tekočin. Same magnetne tekočine imajo zelo široko uporabnost v tehniki in v zadnjem času predvsem v medicini, pomembne pa so tudi kot prekurzorji za sintezo nanokompozitnih magnetnih materialov. Predvidevamo, da se bo pomembnost novih magnetnih tekočin temelječih na nanodelcih heksaferita pokazala predvsem pri pripravi vrste novih nanostrukturiranih materialov. Priprava stabilnih suspenzij je ključna za sintezo vrste materialov, kot so na primer kompoziti, ki imajo v matrici polimera ali stekla (SiO2) homogeno razporejene magnetne nanodelce. V okviru projekta smo pripravili nanokompozit, ki vsebuje visoko vsebnost nanodelcev dispergiranih v polimerni matrici metil metakrilata. Prav tako so stabilne suspenzije nujne pri nanašanju plasti materiala na različne podlage, na primer z elektroforezo. V okviru projekta smo razvili originalen postopek za pripravo magnetnih tekočin s hidrotermalno sintezo magnetnih nanodelcev v prisotnosti surfaktanta oleinske kisline. Metoda je splošna in primerna za pripravo magnetnih tekočin tudi ob uporabi nanodelcev drugih materialov. Metodo smo na primer že uspešno uporabili za pripravo magnetnih tekočin temelječih na kobaltovem feritu.
Pomen za razvoj Slovenije
Sinteza superparamagnetnih nanodelcev barijevega heksaferita in njihovih stabilnih suspenzij, t.i. magnetnih tekočin predstavlja temelj za nadaljnji razvoj nove vrste materialov. Gre predvsem za nanokompozitne materiale, pri katerih bodo magnetni nanodelci dispergirani v različnih trdnih matricah ali pa nanešeni v obliki plasti na različne substrate. Taki materiali lahko predstavljajo nove produkte z veliko stopnjo dodane vrednosti za slovensko industrijo. Vsi sintezni postopki uporabljeni pri sintezi nanodelcev in magnetnih tekočin omogočajo hiter prenos v masovno proizvodnjo. Ena od možnih uporab plasti barijevega heksaferita, katerih razvoj omogoča sinteza suspenzij barijevega heksaferita, je v absorberjih za zaščito ljudi in naprav pred elektromagnetnim sevanjem visokih frekvenc. Znanje razvito v okviru projekta je tako, razen za razvoj novih produktov, pomembno tudi z vidika zaščite pred elektromagnetnim sevanjem.
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
