مقالة منهجية

المركبات ذات البنية النانومترية حج-الزيوليت كما مجسات الرطوبة أساس التلألؤ،

12.7K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/54674

⸱

نوفمبر 15, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Division of Molecular Imaging and Photonics, Department of Chemistry, KU Leuven, 2Centre for Surface Chemistry and Catalysis, Department of Microbial and Molecular Systems, KU Leuven

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

تم وصف بروتوكول لتخليق مركبات Ag-zeolite المضيئة المستجيبة للرطوبة في هذا التقرير.

الملخص

ظهرت مؤخرا مجموعات فضية صغيرة محصورة داخل مصفوفات الزيوليت كنوع جديد من المواد عالية الإنارة. انبعاثها له كفاءات كمية خارجية عالية (EQE) ويمتد على الطيف المرئي بأكمله. تم الإبلاغ مؤخرا عن أنه يمكن التحكم في التلألؤ المتحمس للأشعة فوق البنفسجية للزيوليت ليندي الصوديوم المتبادل جزئيا من النوع A [LTA (Na)] الذي يحتوي على مجموعات فضية مضيئة عن طريق ضبط محتوى الماء في الزيوليت. أظهرت هذه العينات تغيرا ديناميكيا في لون انبعاثها من الأزرق إلى الأخضر والأصفر عند زيادة مستوى ترطيب الزيوليت ، مما يدل على الإمكانات الكبيرة التي يمكن أن تتمتع بها هذه المواد كمستشعرات رطوبة قائمة على اللمعان على المقياس الكلي والجزئي. هنا ، نصف الإجراء التفصيلي لتصنيع نموذج أولي لمستشعر الرطوبة باستخدام مركبات الزيوليت المتبادلة بالفضة. يتم إنتاج المستشعر عن طريق تعليق Ag-zeolites المضيء في محلول مائي من بولي إيثيلينيمين (PEI) لإيداع فيلم من المادة لاحقا على صفيحة كوارتز. تخضع اللوحة المطلية لعدة دورات ترطيب / تجفيف لإظهار وظائف فيلم الاستشعار.

المقدمة

فرعية صغيرة نانومتر مجموعات الفضة oligoatomic التي شكلتها التجميع الذاتي في المصفوفات الزيوليت يقتصر عرض خصائص بصرية فريدة من نوعها. 1-5 هذه المركبة الفضة الزيوليت لها الكيميائية عالية والصور والاستقرار. ومع ذلك، خصائص معان ضوئي هم تعتمد اعتمادا كبيرا على البيئة المحلية للتجمعات الفضة. الظروف البيئية التي تؤثر على الميزات البصرية في المركبة الفضة الزيوليت يمكن تقسيمها إلى الخصائص الذاتية وخارجي. ترتبط الخصائص الجوهرية للطوبولوجيا الزيوليت، ونوع من الأيونات موازنة مضادة، وتحميل فضة. 1 ومن ناحية أخرى، ترتبط خصائص خارجي للتغيرات ما بعد الاصطناعية، مثل وجود adsorbates وأو جزيئات الماء في الزيوليت التسوس. 3،4 خصائص الأخيرة تمنح إلى silver-الزيوليت المركبات القدرة على الاستجابة بصريا للمؤثرات الخارجية، مثل التغيرات في الرطوبة داخل سقالة الزيوليت 6-8 أو وجود غازات تحديدها؛ ولذلك فقد تم اقتراح استخدامهم بخار الماء والغاز وأجهزة الاستشعار. 9،10

في دراسة حديثة أننا أثبتنا أن الاستجابة البصرية من حج-الزيوليت للرطوبة لا ترتبط فقط للتغيرات في امتصاص أو التبريد من الانبعاثات ولكن أيضا إلى ظهور الألوان الانبعاثات المختلفة فيما يتعلق بالمحتوى المياه. 5 الاستقرار مجموعات الفضة في جزئيا تبادل لى أدت الزيوليت LTA لتشكيل مادة للرطوبة استجابة في الذي يتغير في مقياس الرطوبة منخفضة نسبيا انعكست في تغيير لون ديناميكية من الأزرق إلى الأخضر / الانبعاثات الأصفر في العينات المجففة والمائية، على التوالي . لذلك اقترح استخدام هذه المواد وأجهزة استشعار الرطوبة القائم على التألق. حتى الآن، وقد تم اقتراح أنواع مختلفة من المواد مثل الشوارد والسيراميك، والبوليمرات، والمواد المركبة ذات البنية النانومترية لرصد التغيرات في الرطوبة بASED على الاستجابات الكهربائية والبصرية. 11،12 في هذا البروتوكول تفصيلا ونحن نهدف إلى إظهار إثبات صحة مفهوم لتطبيق الزيولايت LTA (لي) -Ag كما أجهزة استشعار الرطوبة ولمزيد من التطورات النموذج. نظرا لتعدد الجمعية اللبنانية لتعزيز الزيوليت (لي) -Ag لإدراجها في ركائز مختلفة، والتدرجية امكاناتهم وتلفيق فعالة من حيث التكلفة، قد سهلت تصميم النموذج الأولي. 13 وهذه المجسات يمكن أن يكون من الممكن تطبيق في مختلف القطاعات الصناعية، كما هو الحال في الزراعة، فضلا عن صناعة السيارات ورقة (14).

البروتوكول

تحذير: تم التعامل مع المواد الكيميائية والمواد الكيميائية المستخدمة في هذا التقرير بعناية باستخدام الحماية المناسبة سلامة (معاطف المختبر، والقفازات ونظارات السلامة، اغطية الدخان). تتناول هذه الدراسة التلاعب في المواد غير العضوية الصغيرة التي يسهل اختراقها (الزيولايت مع أحجام تتراوح من 1 إلى 5 ميكرون)، لذلك تم توجيه اهتمام خاص لاستخدام الحماية من الغبار كافية (أقنعة الغبار). نوصي التشاور للبيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) للمواد الكيميائية والكواشف المستخدمة في هذا العمل قبل الاستخدام للتلاعب السليم و / أو التخلص من النفايات.

1. الزيوليت ما قبل المعالجة

  1. الحرارة ما قبل المعالجة
    ملاحظة: قبل التعامل مع المواد الزيوليت قبل استخدامها لإزالة الشوائب، مثل الشوائب العضوية، التي يمكن أن تعيق تشكيل كتلة الفضة والتألق.
    1. تزن 10 غرام من الجمعية اللبنانية لتعزيز (نا) الزيوليت التجارية (الزيولايت LTA التجارية تحتوي على الصوديوم كما أيونات مكافحة التوازن في أطرها) وديبوالجلوس عليه بشكل متجانس في صينية الخزف.
    2. تسخين مسحوق الزيوليت بين عشية وضحاها في الفرن دثر في 450 درجة مئوية باستخدام منحدر درجة الحرارة 5 درجات مئوية / دقيقة مع فترات من 1 ساعة على 80 درجة مئوية و 110 درجة مئوية لتجنب الزيوليت الضرر هيكل.
    3. إزالة المواد الزيوليت من الفرن وندعه يبرد إلى درجة حرارة الغرفة في ظل الظروف المحيطة.
  2. اختيار حجم الجسيمات الزيوليت
    ملاحظة: هذا سيولد توزيع حجم الحبوب أكثر اتساقا من المواد الزيوليت ابتداء، اللازمة لإنشاء فيلم متجانسة. هذه الخطوة أيضا إلى إزالة الجسيمات غير متبلور الكبيرة، والتي غالبا ما تكون موجودة في الزيوليت المنتجة صناعيا.
    1. تزن 10 غرام من الجمعية اللبنانية لتعزيز التجاري (نا) وتعليقه في 1 لتر من الماء منزوع الأيونات.
    2. يصوتن تعليق لمدة 1 ساعة، والهز بقوة تعليق باليد كل 10 دقيقة.
    3. صب تعليق في اسطوانة Atterberg (1 لتر) لمدة 30 دقيقة. جسيمات أصغر من 10 ميكرومتر في الحجمالبقاء في تعليق، ولكن الجزيئات الكبيرة تترسب.
    4. صب تعليق واسترداد مسحوق عن طريق الترشيح باستخدام القمع بوشنر. غسل مسحوق تعافى ثلاث مرات مع الماء منزوع الأيونات.
    5. الحرارة علاج مسحوق كما هو موضح في الخطوة 1.1.2.

2. إعداد الفلورسنت LTA (نا) -Ag الزيوليت المركبات

  1. التوليف من الفضة الانارة تبادل الجمعية اللبنانية لتعزيز الزيوليت [LTA (نا) -Ag] كمادة مرجعية
    1. حل 74.8 ملغ من نترات الفضة في 200 مل منزوع الأيونات الماء في (HDPE) زجاجة 250 مل عالية الكثافة والبولي بروبيلين.
    2. يزن 1 غرام من عينة ما قبل المعالجة LTA (نا) وتعليقه في محلول نترات الفضة.
    3. ترك القارورة HDPE اثارة بين عشية وضحاها إلى فرن شاكر نهاية الإفراط في نهاية في درجة حرارة الغرفة.
    4. تصفية تعليق باستخدام القمع بوشنر وغسل مسحوق الزيوليت 3 مرات مع الماء منزوع الأيونات.
    5. تسخين مسحوق المستردة في فرن دثر في 450 درجة مئوية، وذلك باستخدام نفس الإجراء كما هو موضح في الخطوة 1.1.2.
    6. تهدئة العينة ووضعها في مجفف مع الرطوبة التي تسيطر عليها (98٪ الرطوبة النسبية). التحكم في الرطوبة النسبية عن طريق وضع محلول كبريتات البوتاسيوم المشبعة داخل المجفف. 15
    7. قياس الإثارة وانبعاث أطياف من العينات (عند أطوال موجية مختلفة) باستخدام الطيفي وكذلك الكفاءة الكم الخارجية.
      1. قياس اثنين من الأبعاد مؤامرات الإثارة الانبعاثات من خلال وضع العينة في 1 ملم مسار الكوارتز كوفيت. جمع أطياف الانبعاث بدءا 30 نانومتر فوق الطول الموجي الإثارة تصل إلى 800 نانومتر باستخدام 5 خطوات نانومتر، ومدة انتظار 0.1 ثانية.
      2. تطبيق التصحيحات باستخدام برنامج أداة لشدة مصباح والكشف عن الطول الموجي يعتمد مسار الانبعاثات على البيانات الخام. بالإضافة إلى ذلك، استخدام فلتر تمريرة طويلة لتجنب قمم من الدرجة الثانية في قطعتي الأرض الأبعاد.
      3. أداء effici الكمقياسات ency باستخدام المجال دمج تعلق على الطيفي. 16 سجل الفحص الانبعاثات من 240 نانومتر إلى 600 نانومتر لكل من عينة الزيوليت وباسو 4 إشارة باستخدام 260 نانومتر كما الطول الموجي الإثارة، ومن ثم حساب كفاءة الكم باستخدام البرمجيات الصك.

3. إعداد الفلورسنت [LTA (لي) -Ag] الزيوليت المركبات

  1. توليف تبادل جزئيا الزيوليت الليثيوم LTA [LTA (لي)]
    ملاحظة: يتبع الإجراء لتصنيع الجمعية اللبنانية لتعزيز الزيوليت (لي) وتبادل جزئيا كان مقتبس من تقرير ياهيرو والمتعاونين 17.
    1. حل 17.2 غرام نترات الليثيوم في 2.5 لتر ماء منزوع الأيونات.
    2. صب 0.5 لتر من محلول نترات الليثيوم في 1 لتر HDPE قارورة.
    3. تزن 3 غرام من الجمعية اللبنانية لتعزيز (نا) الزيوليت ما قبل المعالجة وتعليقه في قارورة الكثافة التي تحتوي على محلول نترات الليثيوم.
    4. تستنهض الهمم القارورة تستخدم في نهاية سفرن شاكر النسخة نهاية في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.
    5. تصفية تعليق باستخدام القمع بوشنر وغسل مسحوق تعافى 3 مرات مع الماء منزوع الأيونات.
    6. أداء البورصة الليثيوم
      1. إضافة 0.5 لتر من محلول نترات الليثيوم النقي (3.1.1) إلى قارورة الكثافة 1 لتر تحتوي على مسحوق تعافى من خطوة الترشيح (3.1.5).
      2. كرر الخطوات من 3.1.4 و 3.1.5.
      3. كرر الخطوات 3.1.6.1 و3.1.6.2 4 مرات أخرى.
    7. استرداد مسحوق الزيوليت وتسخينها في فرن دثر في 450 درجة مئوية خلال الليل باستخدام منحدر درجة الحرارة 5 درجات مئوية / دقيقة مع فترات من 1 ساعة على 80 درجة مئوية و 110 درجة مئوية.
  2. توليف الانارة [LTA (لي) -Ag] الزيوليت
    1. حل 74.8 ملغ نترات الفضة في 200 مل من الماء منزوع الأيونات باستخدام زجاجة HDPE 250 مل.
    2. يزن 1 غرام من تبادل جزئيا الزيوليت الليثيوم LTA [LTA (لي)]، وتعليقه في محلول نترات الفضة (3.2.1).
    3. تستنهض الهمم HDPE فلوريدانسأل باستخدام نهاية الإفراط في نهاية فرن شاكر في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.
    4. تصفية تعليق باستخدام القمع بوشنر وغسل مسحوق الزيوليت تعافى 3 مرات مع الماء منزوع الأيونات.
    5. للحرارة علاج المسحوق في فرن دثر في 450 درجة مئوية خلال الليل باستخدام منحدر درجة الحرارة 5 درجات مئوية / دقيقة مع فترات من 1 ساعة على 80 درجة مئوية و 110 درجة مئوية.
    6. تهدئة عينة تحت ظروف الرطوبة التحكم باستخدام مجفف يحتوي على محلول كبريتات البوتاسيوم المشبعة داخل (الرطوبة النسبية 98٪). 15
    7. قياس الإثارة وانبعاث أطياف من العينات وكذلك الكفاءة الكم الخارجية في أعقاب الإجراء الموضح في الخطوة 2.1.7.
    8. أداء التحليل الوزني الحراري (TGA) لتحديد محتوى الماء في العينة عند درجات حرارة مختلفة. 1 لفترة وجيزة، في الفترة من 30 إلى 50 ملغ من العينة كما هو ومستعدة على صاحب العينة البلاتين وتحميله في الجهاز TGA. قياس فقدان الوزن من 50درجة مئوية حتى 600 درجة مئوية باستخدام معدل الحرارة 5 درجات مئوية / دقيقة تحت تدفق النيتروجين (90 مل / دقيقة).

4. تصنيع لLTA (لي) -Ag / Polyethylenimine (PEI) المركب المودعة فيلم لتطبيقات الاستشعار عن الرطوبة

ملاحظة: تم تعديل الإجراء ترسب المستخدمة في هذا التقرير وتكييفها من إشارة 18.

  1. LTA (لي) -Ag إعداد تعليق الغروية.
    1. تمييع 1 مل من 50٪ بالوزن حل جزيرة الأمير إدوارد التجاري إلى 100 مل مع الماء منزوع الأيونات.
    2. تزن 250 ملغ من الانارة LTA (لي) المواد -Ag.
    3. مزيج الزيوليت وحل جزيرة الأمير إدوارد معا في زجاجة HDPE 125 مل ويهز تعليق بقوة.
    4. ضع زجاجة في sonicator باث 40 كيلو هرتز في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها، للحصول على تعليق متجانسة.
    5. صب تعليق LTA (لي) -Ag / جزيرة الأمير إدوارد في زجاجة رذاذ.
  2. ترسب فيلم LTA (لي) -Ag / جزيرة الأمير إدوارد على طبق من ذهب الكوارتز لاستشعار بروتإنتاج otype.
    1. تنظيف لوحة الكوارتز قبل الشطف بالماء منزوع الأيونات والأسيتون على التوالي، قبل أن ترسب الفيلم. تجف لوحات نظيفة في الفرن على 80 درجة مئوية لمدة 1 ساعة.
    2. رذاذ معطف لوحة الكوارتز على جانب واحد، عن طريق وضع لوحة الكوارتز أفقيا على شباكه نظيفة من رقائق الألومنيوم والرش ثلاث مرات (3 ثوان في كل مرة) من مسافة حوالي 20 سم. وضع لوحة المغلفة داخل فرن التجفيف عند 50 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
    3. كرر الخطوة 4.2.2 4 مرات أخرى حتى فيلم موحد.
  3. الماء / جفاف النموذج الاستشعار.
    1. وضع لوحة الكوارتز المغلفة في حجرة عينة من الخلايا التدفئة / فراغ في المنزل. 5
    2. إغلاق غرفة عينة من الخلايا عن طريق وضع لوحة الكوارتز نظيفة في توليفة مع حلقة مطاطية على رأس المغلفة لوحة وختم الخلية باستخدام سدادة تفلون ومسامير كما هو مبين في الشكل 2.
    3. تطبيق فراغ عالية، لناجي ضغط أقل من 10 -3 مليبار، إلى ليلة وضحاها خلية من أجل يذوى العينة.
    4. مراقبة بصريا يتغير لون الانبعاثات (في المنطقة المرئية) من الفيلم المودعة باستخدام مصباح الأشعة فوق البنفسجية.
    5. فتح غرفة عينة لرصد التغيرات اللون الانبعاثات، في المنطقة المرئية، على الإماهة من الفيلم باستخدام مصباح الأشعة فوق البنفسجية.
    6. تكرار دورة عدة مرات بدءا من الخطوة 4.3.2 إلى 4.3.5 لاختبار إمكانية عكس الفيلم LTA (لي) -Ag / جزيرة الأمير إدوارد.

النتائج

سجلت الميكروسكوب SEM من الزيوليت الجمعية اللبنانية لتعزيز-حج بعد خطوة تبادل الأيونات الموجبة والعلاج للحرارة. وفي وقت لاحق من معان ضوئي ثنائي الأبعاد (2D) الإثارة / تم قياس المؤامرات الانبعاثات لكل من رطب LTA (نا) -Ag والجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) الزيوليت -Ag (الشكل 1). تم إجراء تحليل العناصر التي XPS على تبادل حج الزيوليت لتحديد تركيبها الكيميائي. ويظهر التحليل أن التبادل الفضة على LTA (نا) والجمعية اللبنانية لتعزيز الزيوليت (لي) هو وثيقة للغاية مع نسبة وزن الفضة من 19.6٪ بالوزن و 21.5٪ بالوزن، على التوالي. يمكن أن يعزى الفرق في نسبة الوزن إلى الوزن الذري أقل من ذرات لي. وعلاوة على ذلك أظهر تحليل العناصر أيضا أنه بعد صرف لي يتم استبدال 33٪ من نا. لا يبدو أن تبادل الأيونات الموجبة واللاحقة خطوة حرارة المعاملة التي تجرى على عينات تؤثر على بنية بلورات LTA، كما يتبين من وزارة شؤون المرأة. وعلاوة على ذلك، وتشكيل أكبر الفضة نلم تصور anoparticles على سطح بلورات الزيوليت. تختلف خصائص الانارة بشكل كبير بين كل من الجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) -Ag وعينات LTA (نا) -Ag في دولتهم المائية. من خلال دمج الليثيوم في إطار الزيوليت بمثابة الموجبة لموازنة مضادة، وتحول اللون الأزرق في أقصى الإثارة يحدث من 370 نانومتر إلى 260 نانومتر، لLTA (نا) -Ag والجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) -Ag، على التوالي. في المقابل الحد الأقصى للانبعاثات يخضع لإزاحة حمراء صغيرة 550-565 نانومتر بإضافة لي في النظام. لوحظ أكبر الفرق بين هذه العينات في الكفاءة الكم الخارجية الخاصة بهم (EQE). LTA (نا) الزيوليت -Ag حاصلين على EQE من حوالي 4٪ كحد أقصى الإثارة في (370 نانومتر)، في حين أن EQE لLTA (لي) الزيوليت -Ag تصل 62٪ (عندما متحمس في 260 نانومتر). وهذا يؤدي إلى مسحوق ينبعث منها أصفر مشرق تحت 254 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية الإضاءة.

خصائص الانارة من العينة LTA (لي) -Ag هي أيضا تعتمد على المحتوى المائي للنظام. وتبين ذلك من خلال مزيج من TGA ودرجة الحرارة تعتمد التجارب التلألؤ، TGA يرتبط درجة الحرارة إلى مستوى الماء من الزيوليت. بالإضافة إلى ذلك، كانت درجة الحرارة ذات الصلة بشكل غير مباشر إلى اللون الانبعاثات عرضها من قبل الجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) -Ag عينة باستخدام خلية التدفئة في المنزل (الشكل 2). تحولات اللون الانبعاثات من الخط الأصفر على الأخضر إلى الأزرق، عند إزالة المياه من الجمعية اللبنانية لتعزيز نظام (لي) -Ag. وEQE يسقط بشكل مطرد من 62٪ (ولاية رطب) إلى 21٪ (ولاية المجففة).

بسبب سلوك تستجيب للمياه LTA (لي) -Ag، تم استخدام هذه المواد لافتعال التلألؤ المستند إلى مستشعر الرطوبة النموذج من خلال تعليق المسحوق في حل جزيرة الأمير إدوارد، وبعد ذلك رش طلاء مركب على لوحة الكوارتز. يتم عرض الصور (تحت ضوء النهار وأشعة فوق البنفسجية الإضاءة)، ووزارة شؤون المرأة الميكروسكوب من الفيلم LTA (لي) -Ag / جزيرة الأمير إدوارد المغلفة بالرش في الشكل (3). لاحظنا ذلك من خلال باليود نانوغرام تم الحصول على هذا الإجراء طلاء، طبقة متجانسة نسبيا من مركب البوليمر الزيوليت من حيث التألق. تظهر صورة مجهرية ووزارة شؤون المرأة أن بلورات الزيوليت لا تتغير من خلال إجراء الطلاء. باستخدام التدفئة / خلية فراغ في المنزل كان أظهرت أيضا أن الفيلم البوليمر الزيوليت يحتفظ خصائص تستجيب للمياه والتي لوحظت في الزيوليت في شكل مسحوق.

figure-results-1
الشكل 1: صور ووزارة شؤون المرأة وخصائص الانارة من الفضة تبادل زيولايت الجمعية اللبنانية لتعزيز الميكروسكوب ووزارة شؤون المرأة و2D المؤامرات الإثارة الانبعاثات من الجمعية اللبنانية لتعزيز (نا) -Ag (أ، ب) والجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) -Ag (ج، د). وإدراجات في مؤامرات الإثارة الانبعاثات 2D عرض الألوان الانبعاثات محاكاة من العينات تحت موجات الإثارة مختلفة (254، 300، 366 و 450 نانومتر). OAD / 54674 / 54674fig1large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: تأثير مستوى الماء على خصائص الانارة من الجمعية اللبنانية لتعزيز (لي) -Ag. أ) تمثيل تخطيطي للخلية التدفئة / فراغ في المنزل يعملون في هذه الدراسة ب) TGA مؤامرة لLTA (لي) -Ag عينة ج) الأطياف الانبعاثات تطبيع (عند 260 نانومتر الإثارة) من الجمعية اللبنانية لتعزيز (لي). - قياس حج عينة عند درجات حرارة مختلفة. د) برنامج عرض تغيير لون انبعاث عينات حقيقية فيما يتعلق محتوى الماء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ftp_upload / 54674 / 54674fig3.jpg "/>
الشكل (3): الانارة جهاز استشعار الرطوبة على أساس مركب LTA (لي) -Ag / جزيرة الأمير إدوارد. أ) صور من لوحة المغلفة تحت إضاءة النهار. (ب، ج) صور من لوحة المجففة والمائية المغلفة تحت 254 نانومتر للأشعة فوق البنفسجية ضوء التشعيع، على التوالي. د) ووزارة شؤون المرأة مجهرية من الفيلم المودعة تبين توزيع LTA (لي) بلورات -Ag على سطح الكوارتز. يعرض أقحم توسيعا لمساحة محددة من وزارة شؤون المرأة مجهرية الأصلي. ه) الانبعاثات القصوى من رطب والمجففة جزيرة الأمير إدوارد / LTA (لي) -Ag الزيوليت مركب، خلال 10 الماء / دورات الجفاف باستخدام 260 نانومتر كما الطول الموجي الإثارة. و) مؤامرة عرض انبعاث الشخصية ماكسيما سلوك جزيرة الأمير إدوارد / LTA (لي) -Ag مركب الزيوليت بعد دورات 10 الماء / الجفاف. الرجاء النقر هنا لالسادسEW نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

تم إنتاج جهاز بسيط لإثبات مفهوم استخدام LTA (Li) -Ag كمستشعر رطوبة قائم على اللمعان عن طريق طلاء مسحوق LTA (Li) -Ag المعلق في محلول PEI على لوحة كوارتز. ينتج محلول PEI طبقة بوليمر بسماكة متجانسة عندما يتبخر الماء. تعرض طبقة البوليمر والزيوليت المركبة خصائص مضيئة مماثلة لتلك الموجودة في الزيوليت في شكل مسحوق. يعرض مركب الزيوليت PEI / LTA (Li) -Ag خصائص الإنارة المستجيبة للماء المتوقعة ، والتي يتغير لون انبعاثها عند التغيرات في محتوى الماء الموجود في المركب عند مقياس رطوبة منخفض نسبيا.

إن استبدال Na بأيونات Li في الزيوليت LTA (سعر الصرف المحسوب 33٪) له تأثير ملحوظ على التجميع الذاتي وتثبيت مجموعات الفضة المضيئة في سقالات LTA (Li) مما يؤدي إلى خصائص بصرية فريدة. يتم تعزيز EQE ل LTA (Li) -Ag مقارنة بعينات LTA (Na) -Ag بأكثر من ترتيب واحد من حيث الحجم. علاوة على ذلك ، فإن ألوان الانبعاث التي تعرضها عينات LTA (Li) -Ag لها اعتماد على الماء ، مما يوفر تطبيقا محتملا للعينات كمستشعرات رطوبة قائمة على التلألؤ.

وهكذا أظهرنا طريقة سهلة لتصنيع مستشعر رطوبة يشبه الفيلم المضيء يمكن من خلاله مراقبة التغيرات في مستويات الترطيب بصريا ببساطة باستخدام مصباح الأشعة فوق البنفسجية. إن توافر المواد الخام ، والتصور المباشر لتغيرات اللون المرتبطة بمحتوى الرطوبة ، وثبات الصور للأفلام ، والسهولة النسبية لتصنيع الأجهزة الفعالة من حيث التكلفة تجعل هذه المواد المضيئة مرشحة محتملة للتنافس مع أحدث مستشعرات الرطوبة بناء على الاستجابات الكهربائية. يمكن أيضا تطبيق الإجراء الموضح في هذا التقرير وتوسيع نطاقه ليشمل ركائز مختلفة ، على مقاييس جزئية وكلية مختلفة ، لجعل المستشعر أكثر مرونة. بالإضافة إلى ذلك ، تمت مناقشة العديد من الخطوات الحاسمة أثناء تصنيع Ag-zeolites ، والتي تلعب دورا مهما في تحديد الخصائص البصرية النهائية لهذه المواد ، في هذا البروتوكول. على سبيل المثال ، يؤدي التنظيف المسبق لمادة الزيوليت الخام إلى إزالة الشوائب البصرية والكيميائية ، وكذلك إلى توزيع حجم بلورات الزيوليت المتجانس. هذا أمر بالغ الأهمية لدمج الزيوليت في الأجهزة الوظيفية. أحد قيود المنهجية الحالية هو القيود المفروضة على استخدام مستشعرات الأغشية الرقيقة التي تتجاوز 75 درجة مئوية. ويرجع ذلك أساسا إلى تحلل بوليمر PEI ، وليس إلى تدهور الزيوليت LTA (Li) -Ag ، الذي يمكنه تحمل ما يصل إلى 500 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي استخدام البوليمرات المقاومة للحرارة ، مثل كحول البولي فينيل ، إلى توسيع نطاق درجة الحرارة حتى 200 درجة مئوية. نتوقع أن يتم توجيه المزيد من التحقيقات إلى تطوير منهجيات لتخليق مركبات Ag-zeolite ذات البنية النانوية ذات الخصائص (المتعددة) الوظائف وأخيرا إلى تصميم نماذج أولية متقدمة لأجهزة الاستشعار.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

يعرب المؤلفون عن امتنانه للدعم المالي المقدم من الحكومة الفيدرالية البلجيكية (Belspo من خلال برامج IAP VI / 27 و IAP-7/05) ، والبرنامج الإطاري السابع للاتحاد الأوروبي (FP7 / 2007-2013 بموجب اتفاقية المنحة رقم 310651 SACS) ، والحكومة الفلمنكية في شكل تمويل هيكلي طويل الأجل "Methusalem" منحة METH / 08/04 CASAS ، وبرنامج SoPPoM "Strategisch Initiatief Materialen" ، ومنحة صندوق البحث العلمي فلاندرز (FWO) G.0349.12. دبليو بي يعرب عن امتنانه لقسم الكيمياء في جامعة لوفين للحصول على منحة FLOF. يشكر المؤلفون جامعة أوبترا أنتويرب على التبرع الكريم بعينات الزيوليت والورشة الميكانيكية ل KU Leuven للمساعدة في تصميم وبناء خلية التسخين / التفريغ المستخدمة في هذه الدراسة.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
LTA (Na) الزيوليتUOPMolsiv الماصة 4A
نترات الفضةSigma Aldrich209139 99.0٪
نترات الليثيومسيجما ألدريتش62574& ge ؛ 99.0٪ ، الكلس. على المواد الجافة
محلول البولي إيثيلينسيجما ألدريتش3880~ 50٪ H2< / sub>O
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)JEOLJSM-6010LV
محلل القياس الحراري الوزنيTA أدواتQ500
مقياس الطيف الفلوريأدوات إدنبرةFLS980-s
دمج المجاللابسفير4P-GPS-033-SL

المراجع

  1. De Cremer, G., et al. Characterization of Fluorescence in Heat-Treated Silver-Exchanged Zeolites. J. Am. Chem. Soc. 131, 3049-3056 (2009).
  2. De Cremer, G., et al. Optical Encoding of Silver Zeolite Microcarriers. Adv. Mater. 22, 957-960 (2010).
  3. Coutino-Gonzalez, E., et al. X-ray Irradiation-Induced Formation of Luminescent Silver Clusters in Nanoporous Matrices. Chem. Commun. 50, 1350-1352 (2014).
  4. De Cremer, G., et al. In Situ Observation of the Emission Characteristics of Zeolite-Hosted Silver Species During Heat Treatment. ChemPhysChem. 11, 1627-1631 (2010).
  5. Coutino-Gonzalez, E., et al. Thermally Activated LTA(Li)-Ag Zeolites with Water-Responsive Photoluminescence Properties. J. Mater. Chem. C. 3, 11857-11867 (2015).
  6. Seifert, R., Kunzmann, A., Calzaferri, G. The Yellow Color of Silver-Containing Zeolite. A. Angew. Chem. Int. Ed. 37, 1522-1524 (1998).
  7. Seifert, R., Calzaferri, G. Colors of Ag+-Exchanged Zeolite A. J. Phys. Chem. A. 104, 7473-7483 (2000).
  8. Sazama, P., Jirglova, H., Dedecek, J. Ag-ZSM-5 Zeolite as High-Temperature Water-Vapor Sensor Material. Mat. Lett. 62, 4239-4241 (2008).
  9. Zheng, Y., Li, X., Dutta, P. K. Exploitation of Unique Properties of Zeolites in the Development of Gas Sensors. Sensors. 12, 5170-5194 (2012).
  10. Sun, T., Seff, K. Silver Clusters and Chemistry in Zeolites. Chem. Rev. 94, 857-870 (1994).
  11. Yu, Y., Ma, J. P., Dong, Y. B. Luminescent Humidity Sensors Based on Porous Ln3+-MOFs. Cryst. Eng. Comm. 14, 7157-7160 (2012).
  12. Qi, H., Mader, E., Liu, J. Unique Water Sensors Based on . Sensor. Actuat. B-Chem. 185, 225-230 (2013).
  13. Basabe-Desmonts, L., Reinhoudt, D. N., Crego-Calama, M. Design of Fluorescent Materials for Chemical Sensing. Chem. Soc. Rev. 36, 993-1017 (2007).
  14. Yamazoe, N., Shimzu, Y. Humidity Sensors - Principles and Applications. Sensor. Actuator. 10, 379-398 (1986).
  15. International Organization of Legal Metrology. The Scale of Relative Humidity of Air Certified Against Saturated Salt Solutions. , 1st, Paris. (1996).
  16. Coutino-Gonzalez, E., et al. Determination and Optimization of the Luminescent External Quantum Efficiency of Silver-Clusters Zeolite Composites. J. Phys. Chem. C. 117, 6998-7004 (2013).
  17. Yahiro, H., et al. EPR Study on NO Introduced into Lithium Ion-Exchanged LTA Zeolites. Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 4255-4259 (2002).
  18. Shelyakina, M. K., et al. Study of Zeolite Influence on Analytical Characteristics of Urea Biosensor Based on Ion-Selective Field-Effect Transistors. Nanoscale Res. Lett. 9, 124(2014).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

المركبات ذات البنية النانومترية حج-الزيوليت كما مجسات الرطوبة أساس التلألؤ،
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.