„Pokud materiál chemicky upravíme, můžeme významně ovlivnit jeho elektrické, optické i magnetické vlastnosti. Využili jsme vhodné funkční skupiny k jakémusi uvěznění ultramalých kovových nanočástic mezi listy grafenu, a tím zabránili jejich oxidaci na dosud běžně využívané, ale méně magnetické oxidy kovů. Získali jsme tak novou třídu na vzduchu stabilních a velmi silných magnetů,“ uvedl vedoucí projektu a ředitel RCPTM Radek Zbořil.

Základem úspěchu se stala právě kombinace nanočástic železa, niklu či kobaltu s chemicky upraveným grafenem. Grafen si lze představit jako jedinou vrstvu atomů uhlíku, která je pevnější než ocel, zcela propouští světlo a vede elektrický proud lépe než měď.

Superparamagnetismus malých částic

O nanočástice čistých kovů je zájem kvůli jejich schopnosti vykazovat takzvaný superparamagnetismus.

„Jev je vlastní velmi malým magnetickým částicím, které vykazují silnou a rychlou odezvu, pokud jsou vystaveny účinkům vnějšího magnetického pole. Zatímco u nanočástic oxidů kovů byl tento fenomén dobře popsán, u čistých kovových částic, které vykazují mnohem silnější magnetismus, se pouze teoreticky předpověděl,“ řekl Jiří Tuček z RCPTM, jeden z předních českých fyziků v oblasti magnetismu.

Doplnil, že takto malé kovy jsou mimořádně reaktivní a za běžných podmínek na vzduchu shoří.

Podle Zdeňka Sofera z pražské VŠCHT, který stál u vývoje syntetických postupů, je metoda přípravy poměrně jednoduchá. Vyžaduje práci ve vodíkové atmosféře a využití kyslíkových funkčních skupin, které pevnou vazbou propojí grafen a nanomagnet.

„Technologie dovoluje připravit širokou škálu takto malých a stabilních kovových magnetů. Navíc je lze vyrobit jednorázově ve velkých množstvích. Právě dostatečná produkce bývá hlavním problémem uplatnění mnoha slibných technologií na bázi grafenu,“ vysvětluje.

Využití i v elektronice nebo potravinářství

Český tým již prokázal účinnost kovových nanočástic v lékařské diagnostice. Jak ukázaly experimenty na myších v brněnských laboratořích Ústavu přístrojové techniky AV ČR, kovové magnety slouží jako velmi perspektivní kontrastní látky při zobrazování magnetickou rezonancí. Potenciál je však mnohem širší.

„Ukotvené magnetické nanočástice dovolují jednoduše manipulovat s grafenem a přitom neovlivňují jeho povrchové a fyzikálně-chemické vlastnosti. Kompozit může nalézt uplatnění jako citlivý elektrochemický senzor, v elektronice nebo magnetooptických technologiích, rovněž v technologiích čištění vod nebo separaci biomolekul v biochemii a potravinářství,“ naznačil spoluautor Martin Pumera, který působí na univerzitě v Singapuru.