Obstoj feromagnetnih tekočih kristalov sta napovedala že Brochard in de Gennes pred več kot 40-imi leti, vendar je šele to delo prvi eksperimentalni dokaz njune teorije. Osnova feromagnetnega tekočega kristala so ferimagnetne nanoploščice barijevega heksaferita, katerih sintezo smo razvili v okviru programa P2-0089. Pomembna je ploščata oblika nanodelcev, ki jo pogojuje kristalna struktura heksaferita, ter primerna velikost in magnetne lastnosti. To smo dosegli z obširno študijo hidrotermalne sinteze heksaferita v kombinaciji z delno kemijsko substitucijo Fe3+ s Sc3+. Specifična kontrola površinskih lastnosti nanodelcev pa je omogočila njihovo homogeno vgradnjo v tekoči kristal. V kristalu se sklopita električni direktor kristala in magnetni moment nanodelca, zaradi česar lahko optične lastnosti feromagentnega tekočega kristala kontroliramo z električnim ali z magnetnim poljem. Delo predstavlja edino objavo v Nature, v kateri sodelujejo izključno slovenski avtorji. Gre za prelomno delo, ki je že sprožilo mnoge nadaljnje raziskave (10 originalnih znanstvenih člankov v okviru prvotne sodelave), tako teoretične kot eksperimentalne, na različnih področjih znanosti in v razvoju novih tehnologij.
COBISS.SI-ID: 27304231
V znanstvenem članku v reviji Nature Communications (IF=12,35) smo prvič predstavili feromagnetno suspenzijo v izotropnem mediju. Osnova so magnetne nanoploščice na osnovi Ba heksaferitov, katerih sintezo smo, skupaj s pripravo suspenzij razvili okviru programa P2-0089. Pri dovolj veliki koncentraciji nanoploščic se suspenzija v butanolu spontano uredi v nematsko tekoče kristalno fazo, ki privede do feromagnetne ureditve. Suspenzije nanoploščic v izotropni tekočini torej prestavljajo feromagnetno tekočino, podobno kot feromagnetne tekočekristalne suspenzije, pri razvoju katerih smo tudi sodelovali. Edinstvena lastnost novih feromagentnih suspenzij pa je, da se le-te odzivajo že na izredno nizko magnetno polje, že na Zemljsko magnetno polje, zaradi česar bi jih lahko uporabili kot tekočinske senzorje magnetnega polja. Gre za odkritje nove vrste materialov feromagnetnih ferofluidov, ki lahko privede do razvoja novih tehnologij, vsekakor pa je že sprožilo nadaljnje raziskave na različnih področjih fizike kompleksnih snovi in senzorike.
COBISS.SI-ID: 29253927
Ta pregledni članek v reviji Progress in Materials Science z visokim faktorjem vpliva (IF=23,75) je priznanje odličnih znanstvenih dosežkov sodelavke v programu, D. Lisjak, predvsem na področju magnetnih materialov na osnovi barijevega heksaferita. Napisala ga je skupaj z A. Mertelj na povabilo uredništva (prof. dr. T. Massalski, zdaj upokojen). Članek je pregled dolgoletnih raziskav na področju anizotropnih magnetnih nanodelcev, ki poleg nano dimenzij tudi zaradi anizotropne oblike izkazujejo znanstveno in uporabno zanimive lastnosti.
COBISS.SI-ID: 31275559
V delu smo analizirali kako se med procesom hidrotermalne sinteze vzporedno z morfologijo razvija struktura in magnetne lastnosti nanoploščic barijevega heksaferita. Hkrati smo kot prvi pokazali, kako se spremeni kristalna struktura delcem s kompleksno, plastovito strukturo, kot so heksaferiti. Med take material s plastovito strukturo prištevamo številne tehnološko pomembne družine zmesnih oksidov, kot so ferroelektrične Aurivilliusove faze in superprevodni kuprati. Če pripravimo tak material v obliki majhnih nanodelcev, zavzame posebno struktuto in sestavo, ki sta določeni s tem, da se struktura na površini zaključi s plastjo atomov, ki ima najnižjo prosto energijo. Po sintezi pri nižjih tempearturah izkazujejo nanoploščice barijevega heksaferita struktuto, ki jo lahko predstavimo kot s SRS* sekvenco njihove osnovne celice SRS*R*, kjer predstavljata S in R heksagonalni (BaFe6O11)2- in kubični (Fe6O8)2+ strukturni blok. Z rastjo se struktura spreminja po stopnjah, z dodajanjem posameznih segnetov RS k izvorni strukturi SRS*. Z dodtkom le enege segmenta RS (struktura SRS*R*S) dobijo nanoploščice trdo-magnetne lastnosti. Razumevanje procesov med hidrotermalno sintezo nanoploščic bo omogočilo izboljšanje kontrole njihove velikosti in njihove magnetne lastnosti.
COBISS.SI-ID: 31549735
V delu smo prvič predstavili nanodelce, ki so sestavljeni iz ploščatega jedra iz trdo magnetnega Ba heksaferita (BaFe12O19) med dvema plastema mehko magnetnega železovega oksida maghemita (gama-Fe2O3). Nanodelce smo sintetizirali z uporabo nove, preproste in cenene metode, ki temelji na soobarjanju Fe3+/Fe2+ ionov v koloidno stabilni suspenziji heksaferitnih jedrnih nanodelcev. Heksaferit izkazuje najvišjo magneto-kristalno anizotropijo od vseh oksidov, vendar pa ima relativno nizko nasičeno magnetizacijo. S tem ko smo heksaferitna jedra povezali z mehko magnetno prevleko znotraj posameznega nanodelca, smo močno izboljšali njegovo nasičeno magnetizacijo. Topotaktične rasti maghemitne prevleke na heksaferitnem jedru omogoča direktno magnetno sklopitev med obema fazama, ki privede do ogromnega povečanju v energijskem produktu (BH)max, količini, ki je merilo kvalitete magnetov, za več kot 2-krat.
COBISS.SI-ID: 28332071
Z uporabo vrstično-presevnega elektronskega mikroskopa pri atomski ločljivosti smo pokazali, da izkazujejo nanoploščice barijevega heksaferita (HF) posebno strukturo, ki dejansko predstavlja nove strukturne variacije heksaferitov stabilizirane na nano skali. Strukturo lahko predstavimo kot zlog dveh strukturnih blokov, ki se izmenjujeta preko debelline nanoploščice: heksagonačnega bloka R (BaFe6O11)2- in kubičnega bloka S (Fe6O8)2+. Struktura nanoploščic običajno vsebuje le dva bloka R in se vedno zaključi na površini z polnim blokom S. Strukturo preko nanoploščice lahko torej ponazorimo kot SR*S*RS, kar ustreza sestavi BaFe15O23 (volumenski heksaferit ima sestavo BaFe12O19). Nanoploščice izkazujejo enoosno magnetno anizotropijo z lahko osjo magnetizacije pravokotno na ploščico, ki je ključna lastnost za različne nove uporabe povezane z orientiranjem nanoploščic z magnetnim poljem, kot je na primer magneto-mehansko zdravljenje raka. Slabost nanoploščic pa je njihova relativno nizka nasičena magnetizacije Ms. Glede na to, da se njihova struktura na površini vedno zaključi z blokom S, lahko na nanoploščice enostavno nanesemo epitaksilne plasti maghemita (gamma-Fe2O3, M), ki ima podobno strukturo kot S, in dobimo nanoploščice z izjemno enekomerno strukturo “sendvičev” M/HF/M. Zaradi neposredne izmenjalne sklopitve izkazujejo kompozitne ploščice očno zvišan Ms pri čemer ohranjajo magnetizacijo pravokotno na ploščico. Povečana Ms bo omogočila nove uporabe nanoploščic.
COBISS.SI-ID: 30880551
V sodelovanju z našim odcepljenim podjetjem Nanos SCI smo v prestižni reviji ACS Nano razvili inovativen postopek priprave anizotropnih superparamagnetnih nanostruktur. Sinteza nanostruktur temelji na dinamičnem magnetnem urejanju skupkov magnetnih nanodelcev v suspenzijah v verigam podobne hierarhične strukture in na istočasnem razgrajevanju teh struktur, induciranim z delovanjem strižnih sil med mešanjem. Postopek omogoča pripravo magnetnih nanoverig definiranih dolžin tudi na večji skali (do sedaj so bile podobni materiali pripravljeni le po metodah, ki ne omogočajo priprave večjih količin. Sintetizirane nanoverige so temelj za razvoj novih metod zdravljenja, na primer pri magneto-mehanskem zadravljenju raka.
COBISS.SI-ID: 28882727
Razvili smo preprosto metodo za sintezo magnetno izločljivega nanokatalizatorja na osnovi Ru. Strukturna karakterizacija je pokazala, da je nanokatalizator večfazni nanokompozit, hirahično sestavljen iz zelo magnetnih nanodelcev Fe3C in Fe razpršenih v delno grafitizirani ogljikovi matrici z veliko specifično površino na kateri so homogeno nanešeni katalitski rutenijevi nanodelci in atomarni skupki, ki izkazujejo izjemno katalitsko učinkovitost. Nanokatalizator izkazuje izboljšano katalitsko aktivnost in selektivnost hidro-deoxigenacije spojine eugenol v primerjavi s komercialnim katalizatorjem Ru/C. V kombinaciji z zelo hitro magnetno separacijo izkazuje razviti nanokatalizator velik potencial v valorizaciji obnovljivih virovin pri recikliranju žlahtnih kovin. Metoda uporabljena za sintezo nanokatalizatorja je preprosta in omogoča hiter prenos v masovno proizvodnjo, ne uporablja surfaktantov in strupenih reagentov, produkt pa izkazuje izjemne katalitke aktivnosti in ga je mogoče hitro magnetno izločati iz reakcijske mešanice po končani rekaciji.
COBISS.SI-ID: 31457575
V delu, ki je bilo opravljeno v okviru podoktorskega usposabljanja kolega iz Srbije v našem laboratoriju in v sodelovanju s kolegi iz EPFL (Švica) in Univerze Sorbonne (Francija), smo razvili nov preprost postopek za sintezo nanodelcev metastabilne epsilon faze Fe2O3. Do sedaj so se nanodelci te faze, ki se odlikuje z največjo vrednostjo magnetokristalne anizotropije med vsemi oksidi, sintetizirali le znotraj matrice iz amorfnega silicijevega oksida, t.i. silike . Problem take običajne metode je v pridobivanju čistih nanodelcev brez dotankov silicijevih nečistoč. Mi smo uporabili segrevanje nanodelcev beta-FeOOH (akaganeita), ki smo jih predhodno prevlekli z zelo tanko, enakomerno prevleko silike, ki jo zlahka raztopimo v bazi in taoko dobimo stabilne koloidne suspenzije nanodelcev epsilon-Fe2O3. Zaradi izjemnih magnetnih lastnosti in biološke kompatibilnosti izkazujejo taki nanodelci izreden potencial za različne uporabe.
COBISS.SI-ID: 30606375
Sodelovali smo pri objavi priprave supramolekularnih nanostruktur v prestižni reviji Angewandte Chemie (IF=12,1). Nanostrukture nastanejo s kontroliranim samourejanjem nezaščitenih tripeptidov. Dosežek dokazuje exspertizo programske skupine na področju nanotehnologije peptidov. To znanje bomo v okviru programa nadgradili, saj bomo takšne peptidne nanostrukture poskušali razgrajevati. Peptidne nanostrukture v obliki gelov so namreč dober modelni sistem amiloidnih plakov in posledično relevantne pri zdravljenju bolezni povezanih z napačno zvitimi proteini kot je Alzheimerjeva bolezen.
COBISS.SI-ID: 32246567