Nacionalni projekat (2006-2010)


Predmet projekta je istrazivanje magnetnih osobina nanocesticnih materijala koji se najopstije mogu klasifikovati kao oksidi retkih zemalja i/ili 3d metala. Proucavace se sledeci nanocesticni sistemi: 

a) oksidi spinelne strukture:

(i) feriti (prosti i mesoviti) opste formule MFe2O4 (M = Zn, Co, Mn, Ni);

(ii) manganati opste formule LiMn 2-xM xO4 (M =Zn, Cr, Ti );

b) manganiti opste formule R 1-xMxMnO3 (R=retka zemlja, M=Ca, Ba, Sr);

c) prosti i mesoviti oksidi retkih zemalja (R’,R“)O3 (R=retka zemlja);

d) nanokompozitni magnetici – magnetne nanocestice rasporedjene u dijamagnetnim matricama nemetalnih oksida (na prim. alfa -, gama -, epsilon -Fe2O3 /SiO2 ) ili u razlicitim polimerima (na prim. (Ni,Fe)-PVA).

Istrazivanja ce se odnositi na uticaj razlicitih metoda sinteze na nanocesticne, strukturne, mikrostrukturne i kristalohemijske karakteristike uzoraka, kao i na korelisanost ovih svojstava sa magnetnim, provodnim i magneto-otpornim osobinama navedenih sistema. U cilju uporedjivanja i analize bice sintetisani i odgovarajuci polikristalni materijali.

Opis istrazivanja mozemo podeliti u nekoliko uzajamno povezanih celina:

1. Sinteza uzoraka, mikrostruktura i kristalohemija: Primenice se razlicite metode sinteze navedenih nanocesticnih materijala i nanokompozita, kao sto su: sol-gel postupak, glicin-nitratna metoda, metod mikroemulzija i mehanohemijski postupak. Neki od uzoraka bice sintetisani razlicitim metodama koje rezultiraju razlicitom velicinom, distribucijom i morfologijom nanocestica, kao i razlicitim strukturnim i mikrostrukturnim parametrima. Karakterizacija spomenutih parametara vrsice se pomocu TEM i SEM mikroskopije, kao i pomocu rendgenske i neutronske difrakcije. Posebna paznja bice posvecena odredjivanju mikrostrukturnih parametara dobijenih iz sirenja difrakcionih linija (dimenzije kristalita, mikronaprezanja i anizotropije), sto ce se dalje koristiti u analizi njihovog uticaja na magnetne osobine.

Vazna komponenta istrazivanja je ispitivanje uticaja metoda i parametara sinteze na kristalohemijske karakteristike uzoraka: katjonsku raspodelu, promenu hemijskog sastava delimicnom katjonskom zamenom, kao i pojavu nestehiometrije. Utvrdjivanje ovih karakteristika je osnova za ispitivanje njihove korelisanosti sa magnetnim osobinama.

2. Magnetne osobine nanocesticnih magnetnih materijala: S obzirom da je magnetno ponasanje mnogih nanocesticnih sistema u velikoj meri neistrazeno, vrsice se sistematicno merenje magnetnih karakteristika i analizirati njihova korelacija sa strukturnim, mikrostrukturnim i kristalohemijskim karakteristikama. Merenjima magnetizacije, histerezisa, DC i AC susceptibilnosti u sirokom rasponu temperature, magnetnog polja i frekvenci (SQUID magnetometar), dobice se podaci o mnogim magnetnim karakteristikama nanocesticnih materijala: magnetni momenti, integrali izmene, koercitivno polje i remanentna magnetizacija, tacke magnetnih faznih prelaza i temperature blokiranja, relaksacioni fenomeni i konstante anizotropije . Na osnovu ovih podataka odredjivace se staticke i dinamicke osobine sistema, a sistematicnim merenjima u sirokom opsegu koncentracija i kombinovanjem sa neutronskom difrakcijom i merenjem magneto-otpornosti bi?e dobijeni i magnetni fazni dijagrami. Ovo se posebno odnosi na kompleksne sisteme kao sto su manganiti koji pokazuju pojavu kolosalne magnetne otpornosti (CMR). Krajnji cilj je dizajnirnje sistema sa najvecim koeficijentom magneto-otpornosti dobijenim u sto slabijem magnetnom polju, kao i sa sto visom Curie-ovom temperaturom za mogucu tehnolosku primenu.

Pored navedenih parametara, na magnetno ponasanje nano-sistema uticu i medjucesticne interakcije (dipol-dipol i izmenske). Ove interakcije ce biti ispitivane kako na nanoprahovima tako i na nanokompozitima (menjanjem magnetnog razblazenja u nemagnetnoj matrici), odakle se moze doci do njihovih kvalitativnih i kvantitativnih karakteristika.

Sva istrazivanja magnetizma bice upotpunjena eksperimentima koji ce se realizovati kroz postojecu medjunarodnu saradnju: neutronska difrakcija (Uppsala University, Sweden); jaka magnetna polja (CNRS Grenoble, France); Mesbauerova spektroskopija (USP Brazil); Ramanova spektroskopija (CNRS UMR, France).

Znacaj projekta:

(i) naucni: ovladavanje metodama sinteze koje daju dobro definisane nanosisteme; razumevanje i sistematizovanje korelacija izmedu mikrostrukturnih, kristalohemijskih i magnetnih osobina;

(ii) aplikativni: dizajniranje sistema sa optimalnim karakteristikama za mogucu primenu.