Mlada raziskovalka Nadežda Stanković (Srbija) je bila kot mlada raziskovalka zaposlena na Odseku za Nanostrukturne Materiale Instituta Jožef Stefan (2011-2016), doktorski študij (program Nanoznanosti in nanotehnologije) pa je opravila na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. Za doktorski študij v Sloveniji se je odločila zaradi dolgoletnega uspešnega sodelovanja med skupinami iz Srbije (Nuklearni Inštitut Vinča) in Slovenije (IJS). Tematika njenega doktorskega dela se umešča v raziskave v okviru DS-4: Rutil-korund, in sicer je raziskovala difuzijske rekristalizacijske procese v trdnem med oksidacijo prekurzorskega minerala Fe-Ti oksida oz. ilmenita, v katerem je železo v dvovalentni obliki v rutil in hematit, ki vsebuje železo v trovalentnem stanju. Reakcija je zanimiva, ker poteka topotaksialno, to pomeni, da napreduje postopoma po strukturi oz. znotraj kisikove podmreže primarnega minerala in posledično so primarni mineral ter produkti v tesni medsebojni orientacijski zvezi. Reakcija je pomembna, ker se pogosto pojavlja v naravi in je indikator specifičnih geokemijskih in geofizikalnih pogojev med nastankom kamnine. Eksperimentalno delo mlade raziskovalke je bilo razdeljeno na študij naravnih vzorcev (rutilno-hematitna preraščanja iz Mwinilunge) in sintezo preraščanj iz ilmenita v laboratoriju. Ta edinstvena kombinacija je pokazala, da je orientacijska zveza med produkti topotaksialne rekristalizacije odvisna predvsem od faktorjev, ki kontrolirajo kinetiko procesa, v primeru topotaksialne oksidacije ilmenita od temperature in aktivnosti kisika, ki kontrolirata hitrost površinske oksidacije železovih atomov in s tem difuzijo presežnih kationov iz strukture ilmenita ter reorganizacijo preostalih atomov v dokaj rigidni kisikovi mreži v hematit in rutil. Na podlagi teh rezultatov veliko bolje razumemo procese, ki vodijo do nastanka rutilno-hematitnih preraščanj v naravi ter procese, ki kontrolirajo oksidacijo ilmenita med žganjem z namenom pridobivanja rutila (kot Ti-oksida ali kot surovine za titan). Rezultate svojih raziskav je mlada raziskovalka predstavila na številnih domačih in tujih konferencah v obliki predavanja in postrskih prispevkov, iz njenega dela sta objavljena dva znanstvena članka. Prvi članek, pri katerem je mlada raziskovalka soavtorica je objavljen v reviji Contributions to Mineralogy and Petrology (ID-28374567) in je prvi članek slovenskih avtorjev v tej priznani reviji s področja mineralogije in petrologije. Pri drugem članku, ki obravnava oksidacijo ilmenita v laboratoriju, je mlada raziskovalka prva avtorica, objavljen je v reviji s področja materialov Journal of Materials Science (ID-28879143). V okviru te doktorske disertacije se je ponovno izkazalo, da znanje s področja procesov, ki potekajo v naravi lahko s pridom prenesemo na področje kontrolirane sinteze materialov. V času doktorskega usposabljanja je mlada raziskovalka pridobila številna znanja in veščine, ki jih bo uporabila pri svojem nadaljnjem delu. Pri svojem delu je usvojila samostojno uporabo metod odsevne in presevne elektronske mikroskopije (SEM in TEM) ter s tema metodama povezane spektroskopske metode (EDS) ter analizo rezultatov. V času usposabljanja se je udeležila tudi dodatnega izobraževanja s področja elektronske mikroskopije. Po končanem doktorskem usposabljanju na Institut Jožef Stefan se je ponovno zaposlila na Nuklearnem Instutu Vinča v Beogradu, kjer se ukvarja z raziskavami nanomaterialov. Znanje s področja elektronske mikroskopije bo prenesla v domače okolje, saj je Institut v postopku nabave presevnega elektronskega mikroskopa. Tudi po vrnitvi v domače okolje nadaljujemo s sodelovanjem, tako sva v lanskem letu z Nadeždo Stanković prijavili skupni Slovensko-Srbski bilateralni projekt s področja sinteze in karakterizacije luminescentnih materialov.
D.09 Mentorstvo doktorandom
COBISS.SI-ID: 284144896Sandra Drev se je po diplomi na Naravoslovnotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani zaposlila kot mlada raziskovalka na Institutu Jožef Stefan, doktorski študij (program Nanoznanosti in nanotehnologije) pa je opravila na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana. V okviru svojega doktorskega študija je obravnavala enega temeljnih problemov s področja mineralogije in kristalografije, to je vzroke na nastanek rastnih dvojčkov v mineralih. Rastni dvojčki so poseben tip ploskovnih napak, ki se občasno pojavljajo v kristalnih zrnih, vzroki za njihov nastanek v različnih mineralih pa še niso zadovoljivo pojasnjeni. Raziskave je opravljala v sistemu spinel - hrizoberil (MgAl2O4 - BeAl2O4), kjer se v spinelih pojavljajo dvojčki po (111) ravninah, v hrizoberilu pa dvojčki po (110) oz. (130) ravninah. Njeno eksperimentalno delo na področju spinelnih dvojčkov (DS-2: Spineloidi) je temeljilo na hipotezi, da je nastanek rastnih dvojčkov v spinelu kemijsko induciran in ni posledica naključnega zraščanja kristalov v začetnih stopnjah rasti zrn (med nukleacijo), kot je splošno sprejeto. Z eksperimentalnim delom je uspela prvič nedvoumno pokazati, da je nastanek dvojčkov v spinelu posledica prisotnosti berilija in da dvojčki ne nastanejo zaradi naključnega zraščanja v dvojčični orientaciji v začetnih stopnjah rasti kristalov. Pokazala je tudi, da se pri večjih dodatkih berilija dvojčki pričnejo urejati v zaporedne taaffeitne faze. Z uporabo najnaprednejših metod elektronske mikroskopije je v sodelovanju z prof. dr. Goranom Dražićem s Kemijskega Instituta uspela dokazati prisotnost monoatomarne plasti berilijevih atomov na dvojčni meji. Analize so pokazale, da atomi berilija ob dvojčični meji zamenjujejo atome magnezija na njegovih rednih strukturnih mestih, kar povzroči nastanek lokalno heksagonalnega zloga v kubični spinelni matrici in s tem nastanek dvojčka. V okviru te naloge je opravila tudi trimesečno specializacijo na Max Planck Institutu v Stuttgartu, Nemčija, za kar je pridobila štipendijo fundacije Ad-Futura. V okviru obiska je opravila analize strukture in kemijske sestave moduliranih politipnih serij taaffeitnega tipa (BexMgAl2(x+y)O4(x+y)), ki vsebujejo tetraedrske plasti berilija, ki lokalno spremenijo zlog kisikove podmreže iz kubičnega (kot v spinelu) v heksagonalnega (kot v hrizoberilu). Tekom specializacije je mlada raziskovalka usvojila tehnike za strukturno in kemijsko analizo na atomarnem nivoju na mikroskopu s korekcijo snopa (probe-corrected TEM; Jeol ARM CF 200), ki omogoča atomarno ločljivost oz. analizo plasti, tanjših od 0.2 nm, kar ustreza širini tetraedrskih plasti v spinelni strukturi. V času specializacije je imela na Max Planck Institutu predavanje z naslovom "Electron microscopy study of twinning and formation of modulated structures in Be-doped MgAl2O4" (ID-29335847). Drugi del raziskav v okviru doktorske disertacije je bil namenjen raziskavam dvojčkov v hrizoberilu. Na podlagi HRTEM/EDS analiz je določila lokalno obogatitev dvojčne meje z železom in titanom, ki pa se ne vgrajujeta na določena strukturna mesta, ampak sta ob meji prisotna v obliki trdne topnosti. To kaže, da v tem primeru nastanek dvojčkov ni kemijsko induciran, ampak nakazuje, da je nastanek hrizoberilnih domen v dvojčni orientaciji povezan z nukleacijo po nekem prekurzorskem mineralu oz. z orientirano (topotaksialno) rekristalizacijo prekurzorja in tem identificirala drugačen mehanizem dvojčenja v mineralih sistema spinel-hrizoberil. Lokalno strukturo dvojčne meje v hrizoberilu je kandidatka določila na podlagi modelov, ki jih je izdelala na osnovi HRTEM posnetkov ter nadalje v kombinaciji z izračuni po teoriji gostotnih funkcionalov (DFT). TEM analize so pokazale še prisotnost nanometrskih orientiranih precipitatov rutila z močno deformirano osnovno celico v samem hrizoberilu, na podlagi je bilo možno določiti pogoje nastanka hrizoberila. Rezultate v okviru doktorskega dela je mlada raziskovalka objavila v dveh znanstvenih člankih v prizna
D.09 Mentorstvo doktorandom
COBISS.SI-ID: 292016384V prvem letu projekta smo načrtovali raziskave skarnskega rudišča Kope na Pohorju, na katerem smo v ugotovili zanimivo Bi-mineralizacijo. Raziskovalno delo je potekalo pod vodstvom odgovornega nosilca projekta na NTF, prof. dr. Tadeja Dolenca, v okviru DS-1: Sulfosoli, delo pa je opravljala študentka 2. stopnje Bolognskega študija, Nina Grom, ki je septembra 2014 raziskavo zaključila v obliki magistrske naloge na NTF. V svojem delu je pojasnila genezo rudišča ter opisala odnose med nastopajočimi minerali. Mineralna parageneza na rudišču Kope je razdeljena na sedem faz. Matično kamnino so prvotno gradili apnenci, ki so se v fazi regionalne metamorfoze spremenili v marmorje. V to fazo spada tudi kristalizacija biotita in muskovita. Tej faz je sledila dacitna intruzija pri čemer je prišlo do visokotemperaturne kontaktne metamorfoze kamnin. V tej fazi so nastali silikati brez hidroksidnega iona, kot so: diopsid, hedenbergit, granati, scheelit, cirkon in titanit. Allanit se izloči kmalu za scheelitom. V celotnem obdobju se izločata tudi kalcit in kremen. Tem sledijo silikati s hidroksilnim ionom in sicer: allanit, biotit, aktinolit, epidot in apatit. Med paličicami aktinolita se izloča magnetit redko pa tudi kristali hematita. Sledi rast ilmenita, hematita, elementarnega-Bi in ferosilita, ki jih kasneje deloma nadomešča in prerašča magnetit. Hematit je kristalil pred magnetitom, kar se vidi po psevdomorfozah magnetita po hematitu. Oksidni fazi kristalizacije sledijo redukcijski pogoji in izločanje sulfidov. Prvi se je izločil pahljačasti molibdenit, sledi mu visokotemperaturni pirotin, sfalerit, galenit in halkopirit ter na zadnje pirit. V tretji retrogradni fazi se izločanje kalcita nadaljuje, prav tako tudi kremena, aktinolita in klorita. Hematit v tej fazi kristali okoli magnetita v obliki paličastih kristalov, ki se prilegajo robovom kristalov magnetita. Visokotemperaturni pirit iz faze progradacije razpade nadomeščata pa ga pirotin in halkopirit. Sulfidnim mineralom se pridruži bornit. Proti koncu retrogradne faze se je na območju Kope odvijala tektonska aktivnost. Med tektonsko fazo so kristalili kalcit, kremen, kloriti, magnetit, pirit, halkopirit in pirotin in bornit. Sulfidom se pridružijo Bi-faze in sulfosoli ter elementarno srebro, ki kristali na kontaktu med zrnom pirita in klorita. V hidrotermalni fazi še vedno kristali kalcit, kremen, klorit, magnetit in sulfidni minerali. Pomemben dodatek v hidrotermalni fazi je glavna rast bizmutovih mineralov, ki v tej fazi, za razliko od prejšnje, ko so zasedali le vključke v ostalih mineralih, zapolnjujejo cela polja. Večino Bi-mineralov predstavlja Pb-Bi-S, bizmutinit in bizmit, njim podrejene količine predstavljajo tellurobizmutinit, tetradymit, Ag-Bi-Te-S, Ag-Pb-Bi-S, ter Cu-Fe- Bi-S sulfosoli. Za hidrotermalno fazo je nastopila faza cementacije bakrovih mineralov, kjer se kot glavni mineral izloča covellin. Končna faza sprememb kontaktno metamorfnega rudišča je oksihidroksidna faza, v kateri so kristalili malahit, cerussit, goethit in limonit in tvorili skorjaste prevleke okoli oksidov, sulfidov in Bi-faz.
D.11 Drugo
COBISS.SI-ID: 1149278Tematike, ki so tema projekta, smo vodja in sodelavci predstavili v okviru kar šestih vabljenih predavanj na mednarodnih znanstvenih konferencah (ID-30810407, ID-28819751, ID-30812711, ID-30702119, ID-30653991, ID-28588839) ter enajstih predavanj na tujih univerzah in institutih (ID-29842215, ID-29772327, ID-29772327, ID-29773095, ID-29782567, ID-29773351, ID-29773607, ID-29335847, ID-29971495, ID-29772839, ID-27988007 in ID-30382631). Vsa vabila za predstavitev rezultatov so tesno povezana z dosežki, ki so rezultat dela v okviru tega in tudi predhodnega temeljnega raziskovalnega projekta (J1-4167) na področju študija začetnih stopenj faznih transformacij v mineralih na atomarnem nivoju. Oba projekta sta obravnavala procese faznih transformacij v mineralih na atomarnem nivoju, ki so v splošnem slabo raziskani, zato so naši rezultati edinstveni v mednarodnem merilu. Ker pri našem delu izvajamo raziskave tako na naravnih mineralih, z njimi povezanih sintetičnih funkcionalnih mineralih, pri delu pa uporabljamo najnaprednejše metode elektronske mikroskopije in mikroanalize, naši rezultati pritegnejo pozornost širokega kroga raziskovalcev z različnih področij in tako se člani projektne skupine udeležujemo konferenc tako s področja mineralogije in petrologije kot tudi mikroskopije.
B.04 Vabljeno predavanje
COBISS.SI-ID: 30812711V prispevku so predstavljene vulkanske kamnine, ki jih najdemo na Smrekovcu. Opisana je njihova kemična sestava, struktura in tekstura tako, da jo lahko prepoznajo tudi laiki – pohodniki, šolska mladina in študenti, katerim je monografija namenjena. V preprosti obliki so pojasnjeni starost, tektonsko okolje, izvor magme, sedimentacijsko okolje in nastanek stratovulkana na morskem dnu oligocenskega Smrekovškega bazena. Opisane so tudi manj poznane vrste vulkanskih kamnin - peperitov, hialoklastitov, hialoklastične breče in avtobreče. Te avtoklastične kamnine so vezane na razpadanje lave zaradi hitrega ohlajanja v morski vodi ali zaradi mešanja lave in z vodo nasičenega siliciklastičnega ali vulkanoklastičnega sedimenta.
F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine
COBISS.SI-ID: 2475861