Browsing by Author "Podgajny, Robert"
Results Per Page
Sort Options
Item Switchable molecular magnets: from synthesis and polymer matrix integration to stimuli-responsive composite materials(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2025) Pacanowska, Aleksandra; Fitta, Magdalena; Antonowicz, Jerzy; Podgajny, Robert; Kozłowski, AndrzejPrzełączalne magnetyki molekularne stanowią atrakcyjną klasę związków koordynacyjnych, których stan spinowy może być przełączany pod wpływem zewnętrznych czynników fizycznych, takich jak temperatura, ciśnienie czy naświetlanie. Dzięki precyzyjnemu doborowi bloków budulcowych w trakcie syntezy oraz otrzymanym właściwościom przełączalnym, badane układy wykazują znaczący potencjał w projektowaniu zaawansowanych czujników, inteligentnych tekstyliów oraz materiałów do zapisu danych. Wprowadzenie przełączalnych układów do matryc polimerowych nie tylko zwiększa ich wytrzymałość mechaniczną i przetwarzalność, ale także umożliwia materiałom kompozytowym wykazywanie wielofunkcyjnej wydajności. W poniższej rozprawie doktorskiej została przedstawiona metodyka i charakterystyka serii materiałów kompozytowych na bazie polimerów zawierających trzy prototypowe układy ko-ordynacyjne: mikro- i nanocząstki analogów błękitu pruskiego (PBA), które wykazują uporządkowanie magnetyczne dalekiego zasięgu; nanocząstki żelaza(II) z możliwością przełączania stanów spinowych (przejście typu spin-crossover, SCO), które charakteryzują się zmianą ze stanu nisko- do wysokospinowego pod wpływem temperatury; oraz dwu-metaliczny łańcuch oparty na jonach niklu i żelaza, wykazujący odwracalny efekt przeniesienia ładunku między metalami pod wpływem temperatury lub przyłożonego ciśnienia zewnętrznego. Każdy z ba-danych systemów cechuje się unikalnym mechanizmem przełączania, co stwarza wszechstronną platformę badawczą do analizy wpływu magnetycznej domieszki na ostateczne właściwości kompozytów. Wprowadzenie przełączalnych układów molekularnych jako dodatek do matryc polimerowych zostało zrealizowane poprzez wykorzystanie techniki elektroprzędzenia i metodę nakropienia na powierzchnię (drop-casting). Elektroprzędzenie to proces, dzięki któremu możliwe jest wytworzenie stałych, elastycznych mat polimerowych w wyniku wyciągania z zawiesiny polimerowej ultracienkich włókien pod wpływem przyłożonego wysokiego napięcia. Drugą przedstawioną metodą otrzymywania materiałów kompozytowych jest wytwarzanie jednolitych warstw poprzez nakropienie i odparowanie rozpuszczalnika. Wybór obu technik opierał się na ich skalowalności, kompatybilności z różnymi matrycami polimerowymi i możliwości zachowania właściwości przełączalnych wprowadzonych struktur koordynacyjnych. W badaniach wykorzystano szereg technik umożliwiających kompleksowe wyznaczenie właściwości strukturalnych i magnetycznych otrzymanych materiałów kompozytowych. Mikro-skopia elektronowa i dyfrakcja rentgenowska zapewniły szczegółowy wgląd w morfologię i zachowanie struktury krystalicznej próbek. Ponadto zastosowano spektroskopię wibracyjną w celu zbadania stabilności chemicznej układów funkcjonalnych po użyciu techniki wykorzystującej wysokie napięcie do przygotowania materiałów. Synchrotronowa spektroskopia ab-sorpcji promieniowania rentgenowskiego, spektroskopia Mössbauerowska oraz magnetometria SQUID zostały wykorzystane do zbadania zjawisk przełączania spinów i przeniesienia ładunku. Uzupełniające analiza termiczna oraz eksperyment in situ indukowanego przejścia pod wpływem ciśnienia dodatkowo wykazały odporność i reaktywność kompozytów w warunkach odpowiadających potencjalnym zastosowaniom. Badania zawarte w niniejszej rozprawie dowodzą, że wrażliwe na bodźce zewnętrzne magnetyki molekularne, zwykle podatne na kruchość i degradację w określonych warunkach przechowywania, można skutecznie osadzić w matrycach polimerowych bez utraty ich przełączalnych właściwości. Trójwymiarowe maty złożone z elektroprzędzonych włókien charakteryzują się zarówno wysoką odpornością mechaniczną, jak i szybką odwracalną reakcją na zmianę warunków otoczenia, podczas gdy warstwy wykonane metodą nakrapiania umożliwiają szybką detekcję. Podsumowując, badania wchodzące w tematykę tej rozprawy przedstawiają metodologię wytwarzania materiałów kompozytowych opartych o matrycę z polimerów organicznych oraz układów magnetyków molekularnych reagujących na bodźce zewnętrzne, które mogą zostać wykorzystane w inteligentnych urządzeniach i materiałach przełączalnych nowej generacji.Item Wybrane zagadnienia z fizyki magnetyków molekularnych o różnej wymiarowości opartych na metalach d-elektronowych(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Czernia, Dominik; Pełka, Robert; Podgajny, Robert; Konieczny, Piotr; Szałowski, Karol; Sikora, MarcinMultifunkcjonalne magnetyki molekularne to klasa materiałów metalo-organicznych o unikalnych właściwościach fizycznych, które mogą potencjalnie przyczynić się do rozwoju nowoczesnej technologii. W szczególności prowadzone są badania w kierunku spintroniki, chłodzenia magnetycznego albo bistabilnych przełączników magnetycznych reagujących na zewnętrzne bodźce takie jak światło, ciśnienie albo wilgoć. Aktualne prace skupiają się na aspekcie eksperymentalnym, umożliwiającym wyznaczenie istotnych parametrów związków molekularnych, oraz teoretycznym, pozwalającym zrozumieć korelacje magneto-strukturalne i zastosować je podczas projektowania kolejnych związków, które mają charakteryzować się pożądanymi właściwościami. Głównym celem niniejszej rozprawy doktorskiej jest przedstawienie wybranych teoretycznych metod badań właściwości magnetycznych magnetyków molekularnych bazujących na metalach d-elektronowych oraz ich praktyczne zastosowanie do opisu trzech niskowymiarowych typów związków molekularnych. Pierwsze dwa wybrane modele, metoda ścisłych obliczeń kwantowych oraz przybliżenie pola molekularnego (MFA), opisane są w sposób ogólny umożliwiający wykorzystanie ich dla dowolnego innego układu magnetycznego. W szczegółowy sposób uwzględniono również przykłady wykorzystania tych metod dla konkretnych układów. Dwa kolejne modele to wariacyjna metoda klastrów w przybliżeniu par (CVMPA) oraz klasyczno-kwantowy model jednowymiarowego łańcucha, które w niniejszej pracy rozpatrywano, odpowiednio, dla dwuwymiarowego układu spinów S = 1/2 z anizotropią typu XY oraz jednowymiarowego łańcucha, w którym jony o wysokim spinie ułożone są naprzemiennie z układem dwóch jonów o spinie S = 1/2. W części pracy dotyczącej badań rzeczywistych magnetyków molekularnych opisano zależność podatności magnetycznej łańcucha molekularnego składającego się z jonów Fe(III) oraz Cu(II) za pomocą trzech różnych modeli. Następnie zasymulowano efekt fotomagnetycznych trzech związków molekularnych pochodzących z jednej rodziny, w tym dwóch enancjomerów, bazujących na jonach Mo(IV) oraz Cu(II). Wykorzystano w tym celu dwa modele zakładające niską i wysoką efektywność naświetlania próbek światłem. W części ostatniej, porównując wyniki z modeli MFA oraz CVMPA, wytłumaczono źródło pochodzenia odwrotnego efektu magnetokalorycznego w monokrysztale, w strukturze którego obserwuje się quasi-dwuwymiarowe warstwy spinów S = 1/2 pochodzące od jonów W(V) oraz Cu(II).
