Najvýznamnejšie výsledky

 
Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) je výnimočná technika, ktorá má široké uplatnenie vo vede, medicíne a priemysle. NMR spektroskopia sa používa napríklad na charakterizáciu nových protirakovinových liekov alebo na štúdium spracovania jadrového odpadu. Paramagnetická NMR (pNMR) spektroskopia je mimoriadne užitočná technika na charakterizáciu paramagnetických látok, zatiaľ čo NMR spektroskopia sa tradične používa na skúmanie diamagnetických látok. Tieto dve techniky sú však úzko spojené pomocou hyperjemnej interakcie medzi elektrónmi a jadrami v paramagnetických systémoch. V tejto práci sme popísali elementárnu teóriu za hyperjemnou interakciou a pNMR posunmi. Rozdeľujeme celkový pNMR posun na tri fundamentálne fyzikálne mechanizmy: Fermi-kontaktný (FC), paramagnetický spin-orbitálny (PSO) a spin-dipolárny (SD). A diskutujeme nedávny pokrok v pochopení štrukturálnych a elektronických princípov, ktoré sú základom týchto mechanizmov.
Aj po desaťročiach pokroku v analýze pNMR spektier ich interpretácia stále zaostáva za interpretáciou NMR spektier diamagnetických látok. Táto práca je krokom k zmierneniu tejto nerovnováhy a vedie k hlbšiemu pochopeniu chemických pojmov, ktoré sú základom hyperjemnej interakcie a jej prejavu v paramagnetických NMR spektrách.
 

Publikácia:

• NOVOTNY, Jan – KOMOROVSKÝ, Stanislav** – MAREK, Radek**. Paramagnetic Effects in NMR Spectroscopy of Transition-Metal Complexes: Principles and Chemical Concepts. In Accounts of chemical research. Reviews, 2024, vol. 57, no. 10, pp. 1467−1477. (2023: 16.4 – IF, Q1 – JCR, 5.948 – SJR, Q1 – SJR). https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00786 Typ: ADCA

← skryť

Mnt ako prírodný materiál a POxs ako biodegradovateľné polyméry sú šetrné k životnému prostrediu, a preto nanomateriály pozostávajúce z týchto komponentov sa javia ako perspektívne pre rôzne aplikácie. V tejto práci boli po prvýkrát systematicky študované adsorpčné kapacity hybridných systémov montmorillonitu a neiónových polymérov tri poly(2-alkyl-2-oxazolíny) (POxs) s rôznymi dĺžkami alkylových reťazcov. Adsorpčné izotermy polymérov vykazovali prudký nárast adsorpcie pri nízkych obsahoch polymérov použitých na modifikáciu. Keď bol povrch Mnt nasýtený POxs, na adsorpčnej krivke sa objavilo plató a množstvo polyméru v nanokompozite sa viac nemenilo. Štruktúrne charakteristiky pripravených nanokompozitov sa študovali pomocou XRD a FT-IR metód. S rastúcim množstvom polyméru sa medzivrstvový priestor Mnt zväčšoval až do obsahu polyméru v nanokompozite 6,0 mmol g–1, pri vyšších množstvách sa už prakticky nemenil. Adsorpčná kapacita je dôležitým parametrom pri dizajne nanokompozitných materiálov. Poznaním limitného množstva polyméru, je možné lepšie prispôsobiť podmienky prípravy materiálov, a tým ovplyvniť funkčnosť nanokompozitu pre konkrétnehe použitie.

Publikácia:

• PRIBUS, Marek** – JANKOVIČ, Ľuboš – KUREKOVÁ, Valéria – BARLOG, Martin – MADEJOVÁ, Jana. Intercalation Characteristics of Montmorillonite Modified with Poly(2-n-alkyl-2-oxazoline)s. In Macromolecules, 2024, vol. 57, no. 17, p. 8362–8373. (2023: 5.1 – IF, Q1 – JCR, 1.401 – SJR, Q1 – SJR). https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00291 Typ: ADMA Uvedený časopis je uvedený v databáze Nature Index.

← skryť

Vývoj vysoko výkonných luminoforov pre LED zdroje bieleho svetla je rýchlo napredujúcou oblasťou výskumu luminiscencie. Táto štúdia predstavuje syntézu nových Eu-dopovaných Y₃Al₅O₁₂ (YAG) luminoforov metódou sol-gel a procesu plameňovej syntézy, čo vedie k príprave amorfných mikrogúľ. Amorfný stav umožňuje redukciu Eu³⁺ na Eu²⁺ pri výrazne nižšej teplote (800 °C) ako pri tradičných keramických metódach (1600 °C).
Emisné spektrum YAG:Eu²⁺ luminoforu v mikroguľôčkach vykazovalo vlnovú dĺžku pokrývajúcu spektrum viditeľného svetla – rozsah od 450 do 800 nm s výrazným vrcholom pri 565 nm, čo znamená, že pri využití tohto typu materiálu nebude potrebné používať žiadne ďalšie dopanty na pokrytie viditeľného spektra.

Publikácia:

• GHADAMYARI, Marzieh – KLEMENT, Róbert – HOSSEINI, Hossein Ebrahim – PARCHOVIANSKÝ, Milan – KRAXNER, Jozef – GALUSEK, Dušan – NARAYANASAMY, Sathya – HACK, Erwin – BLUGAN, Gurdial – MICHÁLKOVÁ, Monika. Preparation and characterization of YAG microspheres doped with Eu2+/Eu3+ for broad band emission. In Open Ceramics, 2024, vol. 19, art no. 100654. (2023: 2.9 – IF, Q1 – JCR, 0.534 – SJR, Q2 – SJR). https://doi.org/10.1016/j.oceram.2024.100654 Typ: ADMA

← skryť

Syntéza a charakterizácia nových zmiešaných kationových fluoridov KNa₂ZrF₇ a KNa₂HfF₇ (upravené zloženie KNa₂Hf_0.44(1)Zr_0.56(1)F₇), spolu s izoštruktúrnym KNa₂ZrF₇ (priestorová grupa Pmn2₁), sú prezentované v práci. Zlúčeniny boli získané z vodných roztokov a štrukturálne analyzované pri izbovej teplote pomocou práškovej a monokryštálovej röntgenovej difrakcie. Transformácie tuhých fáz pri zvýšených teplotách boli zistené počas experimentov diferenciálnej skenovacej kalorimetrie a ďalej potvrdené röntgenovou práškovou difrakciou závislou od teploty. Zistilo sa, že zmiešané katiónové fázy Na₂KZrF7_{, Na2KHfF7 a Na2K(Zr,Hf)F7 podliehajú ireverzibilným fázovým transformáciám, ktoré možno vysvetliť ich rozkladom nad 673 K}

Publikácia:

MATSELKO, Oksana** – POUPON, Morgane – SAMOLOVA, Erika – VASKOVÁ, Zuzana – KUBÍKOVÁ, Blanka – NETRIOVÁ, Zuzana – MIČUŠÍK, Matej – BOČA, Miroslav. Complexity of the KNa₂ZrF₇, KNa₂HfF₇, and KNa₂(Hf,Zr)F₇ compounds. In Journal of Solid State Chemistry, 2024, vol. 334, art no. 124655. (2023: 3.2 – IF, Q2 – JCR, 0.6 – SJR, Q2 – SJR). ISSN 0022-4596. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2024.124655 Typ: ADCA

← skryť

Bola vyvinutá jednoduchá metóda na prípravu pseudotermických eutektických keramických kompozitov. Objemové keramické kompozity na báze Al₂O₃-Al₃Y₅O₁₂-ZrO₂ s rôznymi mikroštruktúrnymi vlastnosťami boli pripravené pomocou spekania keramických práškov syntetizovaných Pechiniho metódou v iskrovej plazme (SPS).
Zistilo sa, že teplota a trvanie kalcinácie, ako aj program SPS ovplyvňujú mikroštruktúrne vlastnosti objemových kompozitov. Prášky sa kalcinovali pri teplotách od 900 °C do 1200 °C počas maximálne 5 hodín. Objemové kompozity sa potom vytvorili spekaním v iskrovej plazme pri teplotách od 1000 °C do 1500 °C s dobou zotrvania 1 až 10 minút.

Prihláška na patent:

• Vakhshouri M., Najafzadehkhoee A., Talimian A., Galusek D., A method for producing eutectic ceramics composites based on the pseudo-ternary system of Al₂O₃-Al₃Y₅O₁₂-ZrO₂, Data number: 1000048537, Industrial Property Office of the Slovak Republic, Filed date: 30 January 2024.

← skryť

Pokročilé uhlíkové materiály pre energetické aplikácie často obsahujú dusík, ktorý ovplyvňuje ich vlastnosti. Konvenčné analytické techniky pre dusík poskytujú obmedzené informácie, čo sťažuje dizajn materiálov. Vyvinula sa pokročilá technika teplotne programovanej desorpcie (TPD) až do 2 100 °C. Pomocou röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie, elementárnej analýzy a modelových simulácií sa zistilo, že emisie plynov poskytujú informácie o zložení a štruktúrnom type dusíka. TPD umožňuje kvantifikáciu dusíka na úrovni 10 ppm, čo je o dva rády citlivejšie ako bežnými metódami a poskytuje základ pre výskum novej generácie so zameraním na štrukturálny dizajn na úrovni ppm s významným potenciálom pre priemyselné aplikácie. Modelové simulácie uskutočnené na ÚACH SAV pomocou DFT metódy významne prispeli k spoľahlivej validácii výsledkov získaných novou TPD technikou na Tohoku University v Japonsku. Modely simulovali procesy uvoľňovania plynov pre rôzne štruktúne okolie dusíka v graféne.

Publikácia:

• YOSHII, Takeharu** – NISHIKAWA, Ginga – PRASAD, Viki Kumar – SHIMIZU, Shunsuke – KAWAGUCHI, Ryo – TANG, Rui – CHIDA, Koki – SATO, Nobuhiro – SAKAMOTO, Ryota – TAKATANI, Kouhei – MORENO, Daniel – ŠKORŇA, Peter – SCHOLTZOVÁ, Eva – SZILAGYI, Robert** – NISHIHARA, Hirotomo**. Quantitative and qualitative analysis of nitrogen species in carbon at the ppm level. In Chem, 2024, vol. 10, no. 8, p. 2450-2463. (2023: 19.1 – IF, Q1 – JCR, 6.556 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 2451-9294. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.03.029 Typ: ADCA

← skryť

Hlbokomorské živočíchy, akými sú napríklad ryby druhu Lampanyctus achirus, sa pri komunikácii medzi sebou a taktiež aj s okolím spoliehajú najmä na bioluminiscenciu. Táto schopnosť produkovať svetlo je kľúčová pre rôzne stratégie prežitia vrátane vábenia partnerov, lákania koristi a vyhýbania sa predátorom. Vyžarované svetlo sa môže meniť v čase, intenzite a dokonca aj farbe, čo týmto organizmom umožňuje vysielať komplexné signály.
Javom kedy dochádza k farebnej zmene emitovaného signálu sa venuje aj predkladaná práca zaoberajúca sa prípravou a analýzou materiálu schopného meniť svoje optické vlastnosti na základe externých stimulov. Štúdia sa zameriava predovšetkým na integráciu organických farbív s 2D materiálmi vytvárajúcimi štruktúry vykazujúcimi prepínateľné optické vlastnosti. Fotoluminescenčné zmeny takéhoto materiálu sú v tomto prípade vyvolané zmenami vo svojom bezprostrednom okolí, napríklad prítomnosť špecifických rozpúšťadiel.
Dôležitým komponentom je derivát naftalénu syntetizovaný v laboratóriu profesora Kawamat-u. Táto látka je schopná v prítomnosti DMSO transformovať sa v excitovanom stave z monomérnych jednotiek na exciméry interagujúce prostredníctvom delokalizovaných π-systémov. Schopnosť reagovať na externé stimuly reverzibilným spôsobom predurčuje tento materiál na použitie nielen v optoelektronike a senzorike, ale taktiež aj v zobrazovacích technológiách.

Publikácia:

• MATEJDES, Marián – ŠKORŇA, Peter – SLANÝ, Michal – KLEMENT, Róbert – BUJDÁK, Juraj – KAWAMATA, Jun – BREU, Josef. Excimer formation in a 2D confined space. In Materials Today Chemistry, 2024, vol. 42, art no. 102436. (2023: 6.7 – IF, Q1 – JCR, 1.239 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 2468-5194. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2024.102436 Typ: ADCA

← skryť

Karbid tetrabóru (B4C) je vďaka excelentnej kombinácii vlastností, akými sú extrémne vysoká tvrdosť, žiaruvzdornosť, chemická inertnosť, vysoká teplotná stabilita a nízka hustota, považovaný za jeden z najdôležitejších keramických materiálov pre obranný, jadrový a strojársky priemysel. Náročná príprava a nedostatočná odolnosť proti oxidácii limitujú širšie použitie tohto výnimočného materiálu. Z tohto dôvodu boli v spolupráci s Vinča Institute of Nuclear Sciences v Srbsku vyvinuté kompozitné materiály na báze B4C-SiC. Systematicky sa študoval vplyv SiC vo forme vlákien (2.5 až 10 hm.%) a častíc (25 – 75 hm.%) na spekateľnosť a vysokoteplotné vlastnosti B4C-SiC materiálov, ktoré boli pripravené na ÚACH SAV v teplotnom intervale 1850 – 2000°C a tlaku 70 MPa. V oboch prípadoch sa spekateľnosť materiálov výrazne zlepšovala s rastúcim obsahom SiC. Materiál B4C s 5 hm.% SiC vláken dosiahol najvyššiu tvrdosť (43 GPa) z pomedzi všetkých pripravených kompozitov, a len relatívne mierne poškodenie po aplikácii kyslíkovo-acetylénového plameňa pri teplote 1800°C (Obr. 1a). Materiály s prídavkom SiC častíc taktiež vykázali len relatívne mierne poškodenie po testovaní pri testovaní laserovej ablácie, kde teplota povrchu vzoriek presiahla 10 000 K. Pri týchto podmienkach došlo len k lokálnemu nataveniu a fragmentácii (Obr. 1b), avšak nezasiahnuté oblasti boli bez prítomnosti trhlín. V obidvoch prácach sa podarilo výrazne zlepšiť aplikovateľnosť týchto materiálov v oxidačných podmienkach pri vysokých teplotách.

Publikácia:

• MATOVIĆ, Branko** – MALETAŠKIĆ, Jelena – DORDEVIĆ, Marija Prekajski – TATARKO, Peter – HANZEL, Ondrej – HIČÁK, Michal – CHLUP, Zdeněk – CVIJOVIĆ-ALAGIĆ, Ivana. Fabrication of boron carbide ceramics reinforced with silicon carbide fibers. In Ceramics International, 2024, vol. 50, no. 21B, p. 42188-42194. (2023: 5.1 – IF, Q1 – JCR, 0.938 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 0272-8842. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.08.062 Type: ADCA
• MATOVIĆ, B.** – TATARKO, Peter – MAKSIMOVIĆ, V. – MALETAŠKIĆ, J. – STOILJKOVIĆ, M. – HANZEL, Ondrej – CVIJOVIC-ALAGIC, I. Densification of additive-free B4C-SiC composites by spark plasma sintering. In Journal of the European Ceramic Society, 2024, vol. 44, no. 9., p. 5340-5346. (2023: 5.8 – IF, Q1 – JCR, 1.198 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 0955-2219. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.12.024 Type: ADCA
• Projekty: APVV-21-0402; VEGA 2/0007/21

← skryť

V práci sa vyžil process syntézy z taveninovej soli na báze roztaveného kryolitu na prípravu YAGu (Y3Al5O12) a Nd dopovaného YAGu (Nd:YAG). Prvýkrát sa preukázalo, že kryštalizovaný YAG a Nd dopovaný YAG možno vyrábať bez použitia akéhokoľvek oxidu hlinitého pri teplotách už okolo 630 °C (v porovnaní s 1600°C pri syntéze v tuhom stave) len s použitím roztaveného kryolitu (Na₃AlF₆) a oxidu ytritého (Y₂O₃), kde kryolit funguje ako rozpúšťadlo a zdroj Al a ytrium ako rozpustená látka a zdroj Y a O. Ukážalo sa, že postup syntézy z taveninovej soli s použitím roztaveného Na₃AlF₆ by mohol byť uskutočniteľným spôsobom syntézy YAGu a potenciálne iných oxidových materiálov.

Publikácia:

1. KORENKO, Michal** – ŠIMKO, František** – ALLIX, Mathieu – RAKHMATULLIN, Aydar – PITCHER, Michael J. – KING, Graham. Determination of the Na3AlF6–Y2O3 Phase Diagram and Its Implications for Low-Temperature YAG/Nd:YAG Synthesis. In Crystal Growth & Design, 2024, vol. 24, no. 18, pp. 7494–7503. (2023: 3.2 – IF, Q1 – JCR, 0.649 – SJR, Q2 – SJR). ISSN 1528-7483. Dostupné na: https://doi.org/10.1021/acs.cgd.4c00684 Typ: ADCA

← skryť

Bola navrhnutá inovatívna stratégia spekania na výrobu jemnozrnného transparentného oxidu ytria. Ako spekacie prísady sa použili malé množstvá Al₂O₃ a SiO₂ (≤1 hmot.%), pričom zloženie kvapalnej fázy vytvorenej prísadami sa počas spekania neustále menilo.
Pomocou týchto zmien zloženia kvapalnej fázy sa podporovalo zhutňovanie vzoriek pri nižších teplotách a potláčal sa rast zŕn počas záverečných fáz spekania. Translucentný oxid ytritý sa získal po spekaní pri teplote 1650 °C počas 2 min, čo je výrazne nižšia teplota (o 100 – 200 °C), ako pri bežne používaných postupoch spekania. Taktiež bola v pripravených materiáloch pozorovaná jemnozrnná mikroštruktúra odolná voči rastu zŕn.

Publikácia:

• NAJAFZADEHKHOEE, Aliasghar – TALIMIAN, Ali** – GIRMAN, Vladimír – SEDLÁK, Richard – HVIZDOŠ, Pavol – MACA, Karel – GALUSEK, Dušan. Liquid phase sintering of yttrium oxide: The effect of Al2O3 and SiO2 additives. In Journal of the European Ceramic Society, 2024, vol. 44, p. 383-392. (2023: 5.8 – IF, Q1 – JCR, 1.198 – SJR, Q1 – SJR). ISSN 0955-2219. Dostupné na: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2023.08.055 Typ: ADCA

← skryť