Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)

У доповіді представлено отримані в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України найважливіші результати фундаментальних і прикладних досліджень, спрямованих на створення функціональних феромагнітних оксидних матеріалів із різною кристалічною структурою. Сьогодні цей на...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2025
Main Author:	Солопан, С.О.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2025
Series:	Вісник НАН України
Subjects:	З кафедри Президії НАН України
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208560
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.) / С.О. Солопан // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 8. — С. 63-68. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-208560
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2085602025-11-02T01:04:00Z Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.) Functional ferromagnetic oxide materials: features of synthesis and application (transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, June 18, 2025) Солопан, С.О. З кафедри Президії НАН України У доповіді представлено отримані в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України найважливіші результати фундаментальних і прикладних досліджень, спрямованих на створення функціональних феромагнітних оксидних матеріалів із різною кристалічною структурою. Сьогодні цей напрям неорганічної хімії набуває особливої актуальності з огляду на широкий спектр застосувань зазначених матеріалів у різних сферах сучасної економіки — від мікроелектроніки до медицини. The report presents the results of fundamental and applied research obtained at the V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine and aimed at creating functional ferromagnetic oxide materials with different crystal structures. Today, this area of inorganic chemistry is gaining particular relevance due to the wide range of applications in various areas of modern economy — from microelectronics to medicine. 2025 Article Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.) / С.О. Солопан // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 8. — С. 63-68. — укр. 1027-3239 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208560 https://doi.org/10.15407/visn2025.08.063 uk Вісник НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Солопан, С.О. Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді представлено отримані в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України найважливіші результати фундаментальних і прикладних досліджень, спрямованих на створення функціональних феромагнітних оксидних матеріалів із різною кристалічною структурою. Сьогодні цей напрям неорганічної хімії набуває особливої актуальності з огляду на широкий спектр застосувань зазначених матеріалів у різних сферах сучасної економіки — від мікроелектроніки до медицини.
format	Article
author	Солопан, С.О.
author_facet	Солопан, С.О.
author_sort	Солопан, С.О.
title	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)
title_short	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)
title_full	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)
title_fullStr	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)
title_full_unstemmed	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)
title_sort	функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні президії нан україни 18 червня 2025 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2025
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208560
citation_txt	Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.) / С.О. Солопан // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 8. — С. 63-68. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT solopanso funkcíonalʹníferomagnítníoksidnímateríaliosoblivostísintezutazastosuvannâstenogramadopovídínazasídanníprezidíínanukraíni18červnâ2025r AT solopanso functionalferromagneticoxidematerialsfeaturesofsynthesisandapplicationtranscriptofscientificreportatthemeetingofthepresidiumofnasofukrainejune182025
first_indexed	2025-11-02T02:06:31Z
last_indexed	2025-11-03T02:04:47Z
_version_	1847732981167292416
fulltext	ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2025, № 8 63 ФУНКЦІОНАЛЬНІ ФЕРОМАГНІТНІ ОКСИДНІ МАТЕРІАЛИ: ОСОБЛИВОСТІ СИНТЕЗУ ТА ЗАСТОСУВАННЯ Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червн я 2025 року У доповіді представлено отримані в Інституті загальної та неорганіч- ної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України найважливіші результати фундаментальних і прикладних досліджень, спрямованих на створення функціональних феромагнітних оксидних матеріалів із різною криста- лічною структурою. Сьогодні цей напрям неорганічної хімії набуває осо- бливої актуальності з огляду на широкий спектр застосувань зазначених матеріалів у різних сферах сучасної економіки — від мікроелектроніки до медицини. Шановний Анатолію Глібовичу! Шановні члени Президії! Шановні присутні! Дозвольте представити вашій увазі доповідь, яка стосується особливостей синтезу та застосувань функціональних феро- магнітних оксидних матеріалів. Функціональні матеріали — це широкий клас матеріалів, які використовують у найрізноманітніших сферах сучасного жит- тя — від промисловості до охорони здоров’я. Слід зазначити, що в процесі створення функціональних матеріалів кінцевою метою є не стільки сам синтез хімічних сполук, скільки розро- блення методів отримання матеріалів та структур із певним ба- жаним комплексом функціональних властивостей, необхідних для їх практичного застосування. Феромагнітні оксидні матеріали, наприклад матеріали зі структурою шпінелі, відомі вже давно, і їх широко застосову- ють в електротехніці, електроніці, радіотехніці, зокрема в сис- темах зв’язку. Однак в останнє десятиліття цей напрям неор- ганічної хімії дедалі більше привертає увагу дослідників, що пов’язано з функціональними властивостями таких матеріалів та можливістю розширення сфери їх використання. Так, з по- чатком розвитку нанотехнологій виявилося, що феромагнітні оксидні матеріали в нанорозмірному стані можна використо- СОЛОПАН Сергій Олександрович — доктор хімічних наук, директор Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН Ук раїни doi: https://doi.org/10.15407/visn2025.08.063 64 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2025. (8) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 1. Схеми синтезу наночастинок феромагнітних матеріалів зі структурою перовскіту La1–xSrxMnO3 вувати не лише в техніці, а й у медицині — при лікуванні онкологічних захворювань за допо- могою методу гіпертермії, для доставки ліків, у магніторезонансній томографії, для магніт- ної сепарації біологічних об’єктів тощо. Проте одержання слабоагломерованих наночастинок феромагнітних матеріалів є досить складною науковою проблемою, до того ж саме медичне застосування пов’язане з найбільш жорсткими вимогами до наночастинок. Сьогодні я розповім про отримані нами ре- зультати досліджень лише трьох структурних класів феромагнітних оксидних матеріалів, які мають практичний інтерес для застосування в техніці та медицині: 1) зі структурою шпінелі AFe2O4, де A — Mn, Fe, Co, Ni, Zn; 2) зі структурою перовскіту La1–xSrxMnO3; 3) зі структурою гранату Y3Fe5–xAlxO12. Наші роботи спрямовано насамперед на по- шук оптимальних умов синтезу феромагнітних функціональних матеріалів, створення компо- зиційних структур та core/shell наноструктур, визначення взаємозв’язку між методами син- тезу, фізико-хімічними властивостями та мож- ливістю змінювати ці властивості, а також на практичне застосування відповідних функціо- нальних матеріалів та структур на їх основі. На першому етапі ми розглядали матеріа- ли зі структурами перовскіту La1–xSrxMnO3 та шпінелі AFe2O4, де A — Mn, Fe, Co, Ni, Zn, і можливість їх використання в медицині, а саме, в наногіпертермії. Нагадаю, що магнітна наногіпертермія — це метод, який дозволяє за допомогою попередньо введених у злоякіс- ну пухлину магнітних наночастинок здійсню- вати її локальне нагрівання до температури 42—45 °С (це температура руйнування ракових клітин) під дією на феромагнітні наночастинки змінного магнітного поля. Перевагами цього методу є можливість локального нагрівання злоякісної пухлини, зростання виживаності на 50 %, а отже, підвищення ефективності хіміо- та опром інювальної терапії. Як уже зазначалося, до функціональних маг- нітних наночастинок медичного застосування висувають підвищені вимоги, а саме: • малі розміри наночастинок, менші за одно- доменність (Dоднодом. Fe3O4 ≈ 80 нм; Dоднодом. (La,Sr)MnO3 ≈ 70 нм); • слабоагломерованість, тобто наночастин- ки не повинні утворювати агломерати; • вузький розподіл частинок за розмірами; • наявність суперпарамагнітних властивос- тей (щоб у разі зняття магнітного поля нано- частинки не злипалися одна з одною за раху- нок залишкової намагніченості); • нетоксичність; • біосумісність; ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2025, № 8 65 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ • можливість утворення стабільних магніт- них рідин; • високі значення питомих втрат енергії (SLP) під дією змінного магнітного поля; • можливість контрольованого нагрівання до 42—45 °С. Проаналізувавши всі відомі на сьогодні фе- ромагнітні оксидні матеріали, для проведення цих досліджень ми зупинилися на двох класах матеріалів — зі структурою шпінелі та зі струк- турою перовскіту. Такий вибір пояснюється низкою причин. По-перше, нам важливо було дослідити, як енергія утворення кристалічної ґратки впли- ває на формування слабоагломерованих нано- розмірних частинок, а зазначені класи матері- алів характеризуються різною енергією утво- рення кристалічної структури, величини якої різняться більш як на порядок. По-друге, на сьогодні досить добре вивче- но матеріали зі структурою шпінелі, типовим представником яких є оксид заліза Fe 3O4 — не- токсична, біосумісна сполука. Проте недоліком цього класу матеріалів є висока температура Кюрі, тобто температура фазового переходу з магнітного в немагнітний стан. Це означає, що ці сполуки можуть неконтрольовано нагріва- тися до високих температур під дією змінного магнітного поля, що становить загрозу не лише для злоякісних, а й для здорових клітин. На- томість у магнітних матеріалах зі структурою перовскіту температурою Кюрі можна керува- ти, змінюючи їхній хімічний склад, в інтервалі від кімнатних температур до 60 °С. Це саме той температурний діапазон, який є важливим для застосування таких наночастинок у магнітній наногіпертермії. Зважаючи на всі зазначені особливості, в роботі було обрано саме матеріали зі структу- рою перовскіту та сформульовано вимоги до їх синтезу. На рис. 1 наведено різні методи синте- зу, які ми використовували, зокрема золь-гель синтез, осадження з водних розчинів, осаджен- ня з неводних розчинів, осадження з розчинів мікроемульсій. Було проведено низку досліджень синтезо- ваних матеріалів — дослідження мікрострук- тури, магнітних властивостей, ефективності нагрівання частинок під дією змінного магніт- ного поля. Вперше досліджено механізм нагрі- вання наночастинок під дією змінного магніт- ного поля. Спільно з колегами-медиками було показано, що частинки є біосумісними й не- токсичними. Розроблено методику одержання магнітної рідини на основі синтезованих нано- частинок, яку можна було б ввести в пухлину. Отже, в наших роботах показано можли- вість синтезу феромагнітних наночастинок з функціональними властивостями, необхідни- ми для їх застосування в медицині, зокрема в магнітній наногіпертермії. На рис. 2 наведено результати експеримен- тального використання розроблених нами ма- теріалів як індукторів магнітної наногіпертер- мії. Проведені експериментальні преклінічні фармакологічні дослідження нанокомпозитів манганіту лантану-стронцію дозволили реко- мендувати їх для застосування як індукторів гіпертермії, зокрема в режимі термоабляції і в схемах термохіміотерапії з метою вдосконален- ня методу наногіпертермії злоякісних пухлин. Цей метод може бути корисним при лікуванні пацієнтів з черевни м карциноматозом та зло- якісним асцитом. Рис. 2. Ріст карциноми Герена (пухлину прищеплено до обох стегон білого щура) після 4-крокової гіпертер- мії (введення магнітних наночастинок і дії змінного магнітного поля): 1 — оброблена пухлина (в правому стегні); 2 — необроблена пухлина (в лівому стегні) 66 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2025. (8) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 3. Класифікації частот електро- магнітних хвиль за міжнародними стандартами ITU та IEEE і типові за- стосування мікро- хвильової частини електромагнітного спектра (адаптовано з www.itu.int) На другому етапі роботи ми зосередилися на розробленні феромагнітних оксидних мате- ріалів для технічного використання, зокрема у надвисокочастотній (НВЧ) техніці. Що стосується застосування феромагнітних оксидних наночастинок у техніці, це переду- сім керамічні НВЧ-матеріали, магнітокеровані композиційні структури, системи магнітного запису, магнітні сенсори, мультифероїки, ка- тодні матеріали, радіопоглинальні покриття тощо. Але, мабуть, найширше ці матеріали ви- користовують у техніці НВЧ-зв’язку військо- вого та цивільного призначення. У світі цей напрям сьогодні дуже активно розвивається, і розробники намагаються створити прилади, які б працювали в якомога більш високочас- тотному діапазоні. Така тенденція пов’язана з можливістю збільшення швидкості передачі інформації і, відповідно, можливістю передачі великих обсягів інформації (див. рис. 3). Од- нак це потребує не лише підвищення фізичних характеристик уже відомих матеріалів, а й роз- роблення нових матеріалів та композиційних структур із заданими властивостями. До феромагнітних наноматеріалів технічно- го призначення також висувають низку вимог, а саме: • метод їх синтезу має бути простим, деше- вим і забезпечувати можливість вироблення досить великої кількості матеріалу (від 1 до 100 кг і більше); • малі розміри наночастинок та вузький розмірний розподіл; • частинки мають бути слабоагломерованими; • високі значення феромагнітних характе- ристик, зокрема наявність суперпарамагнітних властивостей; • низькі температури спікання керамічних матеріалів. Дослідження за цим напрямом ми проводи- ли на матеріалах різних структурних типів: зі структурою шпінелі, зі структурою гранату та зі структурою перовскіту. Наведу лише деякі отримані нами результати досліджень матері- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2025, № 8 67 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 4. Вплив методології синтезу феромагнітних оксидних матеріалів зі структурою гранату на їхні кристало- графічні та магнітні властивості алів зі структурою шпінелі та гранату. Кожен із зазначених класів матеріалів має певне за- стосування, пов’язане з їхніми фізичними властивостями. Матеріали зі структурою шпі- нелі характеризуються високою намагніче- ністю насичення (4pMs до 5000 Гс), великою шириною лінії феромагнітного резонансу (100—700 Е) та робочими частотами від 0,3 до 100 ГГц, тоді як матеріали зі структурою гра- нату мають низьку намагніченість насичення (4pMs до 1900 Гс), вузьку ширину лінії феро- магнітного резонансу (15—150 Е) і робочі час- тоти від 0,3 до 30 ГГц. Оскільки головною вимогою до синтезу фе- ромагнітних оксидних матеріалів технічного застосування є розроблення простого й де- шевого методу синтезу, який дозволив би ви- робляти велику кількість матеріалу, ми обрали саме метод осадження з водних розчинів. Як приклад на рис. 4 наведено результати досліджень синтезу матеріалів зі структурою гранату Y3Fe5–xAlxO12 методом осадження з водного розчину. Було показано, що залеж- но від умов осадження (рН) та послідовності осадження компонентів (Fe, Al, Y) багатоком- понентної системи отримані матеріали мають різні фізико-хімічні властивості. Проведені комплексні дослідження дозволили розробити оптимальну методику одержання зазначених матеріалів з високими електрофізичними ха- рактеристиками. Підсумовуючи отримані результати, слід за- значити, що проведені комплексні досліджен- ня функціональних феромагнітних оксидних 68 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2025. (8) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ матеріалів дозволили отримати низку вагомих наукових результатів, зокрема: • синтезовано феромагнітні оксидні нано- частинки з суперпарамагнітними властивос- тями і вперше розкрито механізм їх нагрівання під дією змінного магнітного поля; • досліджено вплив методів синтезу на розмі- ри частинок та їхні фізико-хімічні властивості; • вперше запроваджено термін «магнітна наногіпертермія»; • проведено експериментальні доклінічні фармакологічні дослідження нанокомпозитів манганіту лантану-стронцію, які дали змогу рекомендувати їх для застосування як індукто- рів наногіпертермії злоякісних пухлин; • встановлено, що феромагнітні оксидні матеріали зі структурою перовскіту можуть проявляти лівосторонні властивості в НВЧ- діапазоні, що відкриває нові перспективи за- стосування таких матеріалів; • створено композиційні матеріали, в яких за допомогою магнітного поля можна керувати частотою їхнього діелектричного резонансу в НВЧ-діапазоні; • на основі розроблених матеріалів створено магнітні рідини для використання в медицині, а також резонансні елементи для сучасної тех- ніки надвисокочастотного зв’язку. Дослідження феромагнітних оксидних мате- ріалів науковці Інституту загальної та неорга- нічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України проводили в тісній співпраці з іншими акаде- мічними установами, а саме: з Інститутом маг- нетизму ім. В.Г. Бар’яхтара, Інститутом експе- риментальної патології, онкології і радіобіоло- гії ім. Р.Є. Кавецького, Інститутом мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного, Інститутом фізики, Інститутом радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова, Інститутом електродинаміки. За останні роки в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України успішно реалізовано більш як 10 про- єктів, присвячених дослідженню феромагніт- них оксидних матеріалів, у рамках науково- технічних програм та цільових програм фун- даментальних і прикладних досліджень НАН України, Українського науково-технологічного центру, а також програм із міжнародним фі- нансуванням. Це засвідчує актуальність, зна- чущість та доцільність подальших досліджень, спрямованих на вивчення таких матеріалів. Водночас в організації досліджень функці- ональних феромагнітних оксидних матеріалів залишається низка невирішених питань, серед яких: низьке фінансування, недостатня забез- печеність сучасними лабораторними прилада- ми та спеціальним обладнанням для високо- температурного синтезу матеріалів, їх криста- лографічних і фізико-хімічних досліджень. Дякую за увагу! За матеріалами засідання підготувала О.О. Мележик Serhii O. Solopan V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8079-3626 FUNCTIONAL FERROMAGNETIC OXIDE MATERIALS: FEATURES OF SYNTHESIS AND APPLICATION Transcript of scientifi c report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, June 18, 2025 Th e report presents the results of fundamental and applied research obtained at the V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine and aimed at creating functional ferromagnetic oxide materials with diff erent crystal structures. Today, this area of inorganic chemistry is gaining particular relevance due to the wide range of applica- tions in various areas of modern economy — from microelectronics to medicine. Cite this article: Solopan S.O. Functional ferromagnetic oxide materials: features of synthesis and application (transcript of scientifi c report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, June 18, 2025). Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2025. (8): 63—68. https://doi.org/10.15407/visn2025.08.063

Функціональні феромагнітні оксидні матеріали: особливості синтезу та застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 18 червня 2025 р.)

Institution

Similar Items