Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Synthese van persistente lichtgevende nanodeeltjes voor herschrijfbare displays en verlichtingstoepassingen

2.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/65956

⸱

13 september 2024

 ,  , 
1School of Physical Science and Technology, Shanghai Tech University

In dit artikel

Samenvatting

Er wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van persistente luminescente nanomaterialen (PLNP's) en hun mogelijke toepassingen in herschrijfbare displays en artistieke verwerking met behulp van het nagloeieffect onder ultraviolet licht (365 nm) bestraling.

Samenvatting

Persistente lichtgevende nanodeeltjes (PLNP's) bezitten het vermogen om een langere levensduur en robuuste emissie te behouden, zelfs nadat de excitatie is gestopt. PLNP's zijn op grote schaal gebruikt in verschillende domeinen, waaronder informatiedisplays, gegevensversleuteling, biologische beeldvorming en artistieke decoratie met aanhoudende en levendige helderheid, en bieden grenzeloze mogelijkheden voor een verscheidenheid aan innovatieve technologie en artistieke projecten. Dit protocol richt zich op een experimentele procedure voor de hydrothermale synthese van PLNP's. De succesvolle synthese van duurzame lichtgevende nanomaterialen met Mn2+ of Cr3+ die als lichtgevend centrum dienen in Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) of ZnGa2O4: Cr benadrukt de universaliteit van deze synthetische methode. Aan de andere kant kunnen de optische eigenschappen van ZGO: Mn worden gewijzigd door de pH van voorloperoplossingen aan te passen, wat de afstembaarheid van het protocol aantoont. Wanneer PLNP's gedurende 3 minuten worden opgeladen met ultraviolet (UV) op een golflengte van 365 nm en vervolgens worden gestopt, vertonen ze het opmerkelijke vermogen om efficiënt en consistent nagloeien te genereren, waardoor ze ideaal zijn voor het maken van tweedimensionale herschrijfbare displays en driedimensionale transparante, lichtgevende kunstwerken. Dit protocol dat in dit document wordt beschreven, biedt een haalbare methode voor de synthese van persistente lichtgevende nanodeeltjes voor verdere verlichtings- en beeldvormingstoepassingen, waardoor nieuwe perspectieven worden geopend voor de gebieden van wetenschap en kunst.

Inleiding

Persistente luminescentie (PL) is een uniek optisch proces dat energie van ultraviolet licht, zichtbaar licht, röntgenstralen of andere excitatiebronnen kan opslaan en vervolgens kan vrijgeven in de vorm van fotonemissie gedurende seconden, minuten, uren of zelfs voor dagen1. De ontdekking van een continu lichtgevend fenomeen is ontstaan in de Song-dynastie in het oude China, 1000 jaar geleden, toen een schilder per ongeluk een schilderij ontdekte dat oplichtte in het donker. Later werd ontdekt dat sommige natuurlijke grondstoffen en mineralen zonlicht konden absorberen en vervolgens in het donker konden gloeien en zelfs tot fascinerende gloeiende parels konden worden gemaakt2. Het eerste adequate record van persistente fosforen moest echter worden herleid tot de ontdekking van PL-emissie uit Bologna-steen in het begin van de17e eeuw, die in het donker een gele tot oranje nagloed afgaf 1,2,3,4. Later werd ontdekt dat de natuurlijke onzuiverheden van Cu+ in BaS een belangrijke rol speelden bij dit aanhoudende luminescentieverschijnsel 1,4. Tot het midden van de jaren 1990 was de productie van persistente fosforen grotendeels beperkt tot sulfiden5. In 1996 rapporteerden Matsuzawa et al. een nieuwe metaaloxide (SrAl2O4:Eu2+, Dy3+) fosfor die extreem heldere nagloeiing vertoonde, wat de uitbreiding van aanhoudend luminescentieonderzoek sterk stimuleerde6.

De unieke eigenschappen van persistente lichtgevende materialen zijn voornamelijk afgeleid van twee soorten actieve centra: emissiecentra en valcentra 1,7,8. Onder hen bepaalt de eerste de emissiegolflengte, terwijl de aanhoudende intensiteit en tijd voornamelijk worden bepaald door de valcentra. Daarom moet bij het ontwerp van PL-materialen rekening worden gehouden met beide aspecten om de gewenste emissiegolflengte en langdurige luminescentie 9,10 te bereiken. De emissiecentra kunnen lanthanide-ionen zijn met overgangen van 5d naar 4f of 4f naar 4f, overgangsmetaalionen met d-naar-d-overgangen of post-overgangsmetaalionen met overgangen van p naar s 1,11,12,13. Aan de andere kant worden valcentra gevormd door roosterdefecten of verschillende co-doteermiddelen 14,15, die meestal geen straling uitzenden, maar in plaats daarvan de excitatie-energie een tijdje opslaan en vervolgens geleidelijk afgeven aan het uitzendcentrum door middel van thermische of andere fysieke activering16,17. Er zijn veel fosforen met verschillende gastheren en doteringsionen gemeld. Tot nu toe is gebleken dat anorganische metaalverbindingen18, metaal-organische raamwerken8, bepaalde organische composieten19 en polymeren20 PL-eigenschappen hebben. In de afgelopen jaren hebben persistente lichtgevende materialen met regelbare energieopslag en eigenschappen voor het vrijkomen van fotonen grote potentiële toepassingen laten zien in informatieopslag21, meerlaagse anti-namaak22 en geavanceerde displays23.

Op basis van de bovenstaande samenstelling zijn PLNP's met verschillende matrices met succes ontworpen en gesynthetiseerd, zoals BaZrSi3O97, Y2O2S24, Ca14Mg2(SiO4)825, CaAl2O426, SrAl2O426,27 en Sr2MgSi2O728 met multi-gedoteerde lichtgevende centra, waarbij de luminescentiecentra sterk afhankelijk zijn van het kristalveldeffect van het gastheerrooster, terwijl de defecten die door verschillende doping worden gegenereerd of verbeterd, dienen als hulpcentra om de intensiteit en duur van de nagloeiing te regelen. Naast co-doping kan ook langdurige emissie worden waargenomen in het geval van slechts één activator, zoals heterogene PLNP's met de matrix van Y3Al2Ga3O1229, BaGa2O430, Ca2SnO431, CdSiO332 en Zn3Ga2Ge2O1033. Op germanaat gebaseerde ternaire oxiden omvatten Ca2Ge7O16, Zn2GeO4, BaGe4O9, enz., dit zijn typische halfgeleidermaterialen met een brede bandkloof met afstembare emissie, reproduceerbare en stabiele luminescentie, hoge kwantumopbrengst, milieuvriendelijkheid en brede beschikbaarheid 34,35,36. Deze voordelen maken het een goede fotoluminescente drager van het activatortype. In de afgelopen jaren zijn germanaten met verschillende microstructuren35,37 bereid door conventionele vastestofreacties of chemische oplossingsmethoden, en deze eigenschappen maken Zn2GeO4 nuttig bij steriliseren38, anti-namaak39, katalyse40, lichtdiodes41 , biosensing42, batterijanoden43, detectoren44,45, enz.

Om de toepassing van PL-materialen uit te breiden, is de controleerbare synthese van uniforme en persistente lichtgevende nanodeeltjes ontwikkeld. Tien jaar geleden werden persistente fosforen gesynthetiseerd door vastestofsynthese46. De lange reactietijd en de hoge gloeitemperatuur tijdens het syntheseproces resulteerden echter in grote en onregelmatige fosforen, waardoor hun toepassing op andere gebieden, zoals de biogeneeskunde, werd beperkt. In 2007, Chermont et al. gebruikten sol-gelbenadering om nanodeeltjes voor het eerst te synthetiseren en bereidden Ca0,2Zn0,9Mg0,9Si2O6 voor: Eu2+, Dy3+, Mn2+, die het tijdperk van PLNP's47 opende. De top-down synthesestrategie gaat echter gepaard met problemen zoals oncontroleerbare grootte en morfologie, dus onderzoekers hebben veel werk verzet in de ontwikkeling van controleerbare bottom-up synthese van PLNP's. Sinds 2015 zijn er verschillende synthesemethoden na elkaar ontstaan, zoals de sjabloonsynthesemethode, de hydrothermale/solvent thermische methode, de sol-gel-methode en andere natte chemische synthesemethoden voor de synthese van uniforme en controleerbare PLNP's 47,48,49,50. Onder hen is hydrothermale synthese een van de meest gebruikte methoden voor het bereiden van nanomaterialen, die een instelbare en milde synthetische methode kunnen bieden om verbindingen of materialen met speciale structuren en eigenschappen te bereiden51.

Hier presenteren we een gedetailleerde experimentele procedure voor het synthetiseren van Zn2GeO4: Mn PLNP's met 1D-nanostaafjesmorfologie via de hydrothermale methode en hen een stijve omgeving te bieden voor verdere verlichtingstoepassingen. Het bleek dat de luminescentie-eigenschappen van PLNP's, inclusief de emissiegolflengte en de vervalcurve na het gloeien, kunnen worden gewijzigd door de pH-waarde van de voorloper aan te passen. Aan de andere kant, om de veelzijdigheid van deze methode te benadrukken, synthetiseren we ook PLNP's met Cr als het lichtgevende centrum met behulp van ZnGa2O4 als de matrix (ZnGa2O4: Cr), die nagloeiemissie (697 nm) vertoont in het nabij-infrarode gebied na te zijn geëxciteerd door ultraviolet licht (365 nm). Dit artikel richt zich voornamelijk op Zn2GeO4: Mn waarvan de pH-waarde van de precursoroplossing 9,4 is voor de productie en visualisatie van tweedimensionale en driedimensionale kunstwerken. Zn2GeO4: Mn is een type nanomateriaal met Mn-ionen als lichtgevend centrum dat een sterke groene lichtemissie (~ 537 nm) verkrijgt onder de excitatie van 365 nm ultraviolet licht. Tegelijkertijd is het continue groene licht nog steeds te zien na het stoppen van de excitatie. Om de polymerisatie van PLNP's in methylmethacrylaat te bevorderen, werden liganden (polyethyleenglycol) toegevoegd tijdens het hydrothermale syntheseproces en vervolgens werden PLNP's gepolymeriseerd met methylmethacrylaat (MMA) in een tweedimensionale of driedimensionale mal, zodat het gloeiende kunstwerken kan vormen terwijl het soepel ontvormt.

Dit protocol biedt een haalbare methode voor de hydrothermale synthese, polymerisatiereacties en luminescente toepassingen van PLNP's in geavanceerde kleurweergave. Eventuele verschillen in pH, temperatuur en chemische reagentia tijdens de groei van nanokristallen zullen de grootte en optische eigenschappen van PLNP-nanostructuren beïnvloeden. Dit gedetailleerde protocol is bedoeld om nieuwe onderzoekers in het veld te helpen de reproduceerbaarheid van PLNP's te verbeteren met behulp van een hydrothermale methode voor verdere bredere toepassingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Synthese van Zn2GeO4: Mn PLNP's

  1. Bereid 2 M/L natriumhydroxideoplossing voor door 10 mM natriumhydroxide op te lossen in 5 ml gedeïoniseerd water.
  2. Bereid 0,4 M/L natriumgermanaatoplossing voor door 2 mM germaniumoxide toe te voegen aan 5 ml natriumhydroxideoplossing en roer vervolgens ongeveer 30 minuten op kamertemperatuur.
  3. Voeg 4 mM zinkchloride, 0,01 mM mangaannitraat en 600 μL salpeterzuur (65%-68%, gew.) toe aan een klein bekerglas van 100 ml met 22 ml gedeïoniseerd water.
    LET OP: De toevoeging van salpeterzuur moet strikt worden uitgevoerd in een zuurkast en zorg ervoor dat er geen open vuur of verwarming in de buurt is.
  4. Roer krachtig tot de oplossing van stap 1.3 volledig is opgelost.
  5. Voeg langzaam 2 mM natriumgermanaatoplossing toe aan de oplossing van stap 1.4. Voeg 1 ml polyethyleenglycol (PEG; 300, Mw) toe aan de oplossing.
  6. Plaats de gekalibreerde pH-metersonde in de oplossing om de pH-waarde van het reactiesysteem te controleren. Stel een relatief zachte roer in om spatten van de oplossing en botsing tussen de roerstaaf en de sonde te voorkomen.
  7. Voeg druppelsgewijs ammoniumhydroxide met een massafractie van 25%-28% toe aan de oplossing en pas de pH van de oplossing aan op 6,0, 8,0 of 9,4, afhankelijk van de te bestuderen luminescentie-eigenschap. Zorg ervoor dat ammoniumhydroxide langzaam wordt toegevoegd en controleer te allen tijde de pH-veranderingen van de oplossing om te voorkomen dat het systeem te zuur of te alkalisch wordt, om de morfologie en luminescente eigenschappen van nanomaterialen niet te beïnvloeden.
  8. Dek het deksel af met het afdichtingsfolie en roer de oplossing 1 uur op kamertemperatuur. Probeer het systeem niet bloot te stellen aan lucht om te voorkomen dat stof binnendringt en vervluchtiging van oplosmiddelen veroorzaakt, terwijl u met een constante snelheid roert, zodat het vloeistofniveau van het systeem niet spat wanneer het systeem volledig is gemengd.
  9. Breng de oplossing over in een met teflon beklede autoclaaf en plaats deze gedurende 4 uur in een elektrische thermostatische droogoven op 220 °C.
    OPMERKING: De juiste met teflon beklede autoclaaf moet worden gekozen op basis van het volume van het systeem en de reactor moet schoon worden gehouden. Het volume van de toegevoegde grondstoffen mag niet groter zijn dan 1/3rd van het volume van de autoclaaf. Zorg er tegelijkertijd voor dat de autoclaaf volledig gesloten is voordat u deze in de elektrische thermostatische droogoven plaatst.
  10. Schakel de elektrische thermostatische droogoven UIT wanneer de reactie is voltooid en wacht tot het systeem is afgekoeld tot kamertemperatuur om de reactor te verwijderen. Zorg ervoor dat u wacht tot de reactor volledig is afgekoeld en de druk is verlaagd tot een veilig bereik voordat u doorgaat naar de volgende stap om direct contact tussen hoge temperatuur en huid te vermijden.
  11. Open de reactor langzaam en breng de reactieoplossing over in twee centrifugebuisjes van 50 ml. Spoel de reactor met 40 ml ethanol en breng de ethanoloplossing vervolgens over in dezelfde centrifugebuizen.
  12. Draai gedurende 30 s zodat de oplossing gelijkmatig kan worden gemengd, centrifugeer vervolgens het monster bij 4000 x g gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur en verwijder het supernatant.
  13. Voeg 10 ml gedeïoniseerd water toe aan elke centrifugebuis en sonificeer gedurende 5 minuten (240 W, 40 kHz) om het product opnieuw te verspreiden.
  14. Voeg 20 ml ethanol toe aan elke centrifugebuis en draai gedurende 30 s om de oplossing gelijkmatig te mengen.
  15. Ga door met het centrifugeren van het product volgens de eerder genoemde instelling (4000 x g, 15 min) bij kamertemperatuur en gooi het supernatant weg.
  16. Ultrasoon gedurende 5 minuten om het product te dispergeren in 2 ml methanoloplossing, sluit het monster af met afdichtingsfolie en bewaar het in een koelkast van 4 °C om monsterverontreiniging en verdamping van oplosmiddelen te voorkomen voor toekomstige verlichtingstoepassingen.

2. Synthese van ZnGa2O4: Cr PLNP's

  1. Los 12 mM Ga(NO3)3.xH 2O, 7.2 mM ZnCl2 en 0.024 mM Cr(NO3)3.9H 2O op in 30 ml gedeïoniseerd water.
  2. Voeg 1 ml PEG (300, Mw) toe aan de oplossing. Voeg ammoniumhydroxide (25%-28% gew.) toe aan de oplossing, roer voorzichtig om een pH van 9,0-9,4 te bereiken. Zorg ervoor dat u de roersnelheid regelt, zodat de oplossing grondig kan mengen zonder op de pH-meter te spatten.
  3. Dek het deksel af met een afdichtingsfolie en roer de oplossing 1 uur op kamertemperatuur. Probeer de blootstelling van het systeem aan lucht tot een minimum te beperken om te voorkomen dat stof binnendringt en oplosmiddelen verdampen. Regel tegelijkertijd de roersnelheid zodat het systeem niet spettert tijdens het grondig mengen.
  4. Breng de oplossing over in een met teflon beklede autoclaaf en laat gedurende 6 uur op 220 °C draaien. Haal de container eruit nadat de temperatuur tot kamertemperatuur is gedaald. Zorg ervoor dat het reactievat volledig is afgekoeld en dat de druk tot een veilig bereik is gedaald voordat u doorgaat met vervolgbewerkingen, en vermijd direct contact van hoge temperaturen met de huid.
  5. Breng de reactieoplossing over in twee centrifugebuisjes van 50 ml. Spoel de reactor met 40 ml ethanol en breng de ethanoloplossing vervolgens over in dezelfde centrifugebuizen.
  6. Draai gedurende 30 s om de oplossing te mengen en centrifugeer het monster vervolgens gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur bij 4000 x g en verwijder het supernatant.
  7. Voeg 10 ml gedeïoniseerd water toe aan elke centrifugebuis en sonificeer gedurende 5 minuten om het product opnieuw te dispergeren.
  8. Voeg 20 ml ethanol toe aan elke centrifugebuis en draai gedurende 30 s om de oplossing gelijkmatig te mengen. Ga door met het centrifugeren van het product bij kamertemperatuur zoals eerder vermeld (4000 x g, 15 min) en gooi het supernatant weg.
  9. Ultrasoon gedurende 5 minuten om het product te dispergeren in 2 ml gedeïoniseerd water en het monster af te sluiten met een afdichtingsfilm voor opslag.

3. Zuivering voor grondstoffen

  1. Methylmethacrylaat (MMA) zuiveren door middel van kolomchromatografie zoals hieronder beschreven.
    1. Vul de helft van de kolom met alkalisch aluminiumoxide (100-200 mesh) en verdicht lichtjes met een glazen staaf. Let bij het vullen van de kolom met aluminiumoxide op een gelijkmatige verdeling en uniforme verdichting van de vuller om de scheidingsefficiëntie te verbeteren.
    2. Voeg een kleine hoeveelheid MMA toe en open de PTFE gashendel zuiger eronder. Zodra de oplosmiddellaag het hele aluminiumoxide bevochtigt en de vloeistof eruit stroomt, voeg je meer MMA toe en herhaal je dit proces meerdere keren. De tijd waarin de massaverhouding van de gehele MMA toegevoegd aan het basisaluminiumoxide is: 1:50 vertegenwoordigt het einde van het proces.
    3. Doe het uiteindelijk verzamelde MMA-monster in een glazen fles, sluit deze af met een afdichtingsfolie en bewaar bij 4 °C.
      LET OP: Het hele proces moet worden uitgevoerd in een zuurkast vanwege de sterke volatiliteit van MMA. Tegelijkertijd moeten operators maskers en laboratoriumjassen dragen.
  2. Zuiver azobisisobutyronitril (AIBN) door herkristallisatie zoals hieronder beschreven.
    1. Bereid een 50 ml gemengde oplossing met een volumeverhouding van 7:3 ethanol en gedestilleerd water en verwarm de oplossing.
    2. Voeg 5 g AIBN toe als de oplossing kookt en roer om de oplossing gelijkmatig te mengen.
    3. Verwijder onoplosbare onzuiverheden door hete filtratie zoals hieronder beschreven.
      1. Plaats het filtreerpapier strak tegen de binnenwand van de driehoekige trechter en zorg ervoor dat het filtreerpapier zich onder de rand van de trechter bevindt.
      2. Plaats de glasstaaf tegen het drielaagse gedeelte van het filtreerpapier. Als de glazen staaf niet tegen het drielaagse gedeelte van het filterpapier wordt geplaatst, kan deze het filtreerpapier doorboren, wat leidt tot inefficiënte filtratie.
      3. Plaats de punt van het bekerglas met de oplossing dicht bij het glazen staafje en giet het in terwijl het heet is. Het doel van deze stap is om opspattende vloeistofdruppels te voorkomen.
      4. Spoel het bekerglas af met 10 ml koud gedestilleerd water en voer opnieuw het bovenstaande filtratieproces uit; Herhaal 3x.
    4. De oplossing raakt oververzadigd door de afname van de oplosbaarheid tijdens het afkoelen, wat resulteert in het neerslaan van kristallen. Zet de opgevangen oplossing in een koelkast bij 4 °C om af te koelen en te kristalliseren. Het monster zal verschijnen in de staat van witte naaldachtige kristallen.
    5. Sluit het monster af met aluminiumfolie en bewaar bij 4 °C.
      LET OP Er moeten beschermende maatregelen worden genomen tijdens de operatie vanwege de toxiciteit van AIBN, terwijl ook contact met open vuur, hoge temperaturen en oxidatiemiddelen wordt vermeden.

4. Copolymerisatie van methylmethacrylaat (MMA)

  1. Stel de temperatuur van het waterbad in op 80 °C.
    OPMERKING: De temperatuur van het water heeft een sterke invloed op de polymerisatiesnelheid en beïnvloedt dus de vorming van het eindproduct. Daarom moet strikt worden gegarandeerd dat de temperatuur van het waterbad niet te hoog is.
  2. Weeg 20 g MMA af in een auberginevormige fles van 100 ml. Houd de container droog voor het experiment.
    OPMERKING: De auberginevormige fles is gekozen om de verwarming van het waterbad en de vervanging van lucht door stikstof in het systeem te vergemakkelijken. Probeer het monster te wegen in een goed geventileerde omgeving terwijl u een masker draagt.
  3. Voeg de vooraf bereide methanoloplossing van Zn2GeO4: Mn toe aan het reactievat.
  4. Los het monster grondig op in MMA met behulp van echografie gedurende ongeveer 10 minuten (240 W, 40 kHz) bij kamertemperatuur. Houd het reactievat gesloten om verdamping van oplosmiddelen te voorkomen en te hoge temperaturen tijdens het ultrasone proces te vermijden.
  5. Voeg 0,012 g AIBN toe aan de oplossing en meng de oplossing volledig.
    OPMERKING: AIBN moet onder watervrije omstandigheden worden gebruikt en zorg ervoor dat er geen open vlam rond de experimentele operatie is. Zorg ervoor dat u beschermende kleding draagt.
  6. Plaats de kolf in een waterbad van 80 °C en spoel de lucht uit het reactiesysteem met N2 gedurende ongeveer 35 min. Wanneer de reactie op het punt staat te eindigen, schudt u de reactiecontainer voorzichtig. Als de oplossing niet krachtig schudt, bewijst dit dat de reactie succesvol is.
    NOTITIE: De reactietijd verandert met de temperatuur van het waterbad. Zorg ervoor dat de temperatuur van het waterbad 80 °C bereikt en begin met timen gedurende 35 minuten.
  7. Nadat de reactie voorbij is, brengt u het reactievat snel over in een ijsbad om het snel af te koelen.
    OPMERKING: Dit proces moet zo snel mogelijk zijn om overmatige prepolymerisatie van MMA te voorkomen, en het ijsbad kan van tevoren worden bereid tijdens het reactie-interval.
  8. Giet de oplossing langzaam in een tweedimensionale of driedimensionale mal, plaats de vorm in een elektrische thermostatische droogoven op 40 °C gedurende 10 uur, 70 °C gedurende 8 uur en 100 °C gedurende nog eens 2 uur om doelmateriaal te verkrijgen.
  9. Sluit de elektrische thermostatische droogoven nadat de reactie is gestopt en laat deze afkoelen tot kamertemperatuur. Open de elektrische thermostatische droogoven om de mal eruit te halen nadat het reactiesysteem voldoende is afgekoeld om brandwonden op de huid te voorkomen die worden veroorzaakt door direct contact tussen hoge temperatuur en lichaam.
  10. Verwijder voorzichtig de mal en stel het gepolymeriseerde PMMA-monster (ZGO: Mn-PMMA) ongeveer 3 minuten bloot aan een UV-lamp. Bij het bijvoorbeeld blootstellen van een transparante ZGO: Mn-PMMA-film aan ultraviolet licht door een zwarte kartonnen uitsparing in de vorm van de letter H, wordt een overeenkomstig patroon van groene fosforescerende emissie verkregen. Het patroon kan na 5 minuten worden gewist. Vervolgens kan het proces worden herhaald door een andere zwarte kartonnen uitsparing in de vorm van verschillende letters te gebruiken, waardoor nieuwe lichtgevende patronen worden gegenereerd.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Het synthesediagram van Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) PLNP's is weergegeven in figuur 1. Het amfifiele polymeer polyethyleenglycol (PEG) wordt toegevoegd om de ligandvrije Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) nanostaafjes te modificeren om beter op te lossen in MMA-medium. Eerst worden de transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), hoge-resolutie transmissie-elektronenmicroscopie (HRTEM) beelden van ZGO: Mn met een pH van 9,4 verzameld (Figuur 1

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Dit artikel introduceert een synthesemethode voor persistente luminescente nanomaterialen en polymerisatie voor kleurweergavetoepassingen. De materialen vertoonden extreem stabiele optische eigenschappen en een zichtbare nagloed na het stoppen van de excitatie van ultraviolet licht. Een persistent lichtgevend nanomateriaal (Zn2GeO4: Mn) werd bereid met behulp van een hydrothermale methode met verschillende pH (figuur 1A). Het TEM-beeld toonde aan dat ZGO: Mn PLNP's met ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

Er valt niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs danken de financiering van de National Natural Science Foundation of China (82001945), het Shanghai Pujiang-programma (20PJ1410700) en de startsubsidie van de Shanghai Tech University. De auteurs danken het Centrum voor Elektronenmicroscopie met hoge resolutie (ChEM), School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University (nr. EM02161943) voor de ondersteuning van de materiaalkarakterisering. De auteurs bedanken het Analytical Instrumentation Center (#SPST-AIC10112914), School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University voor de ondersteuning van spectrale tests en XRD-tests. De auteurs danken ook Prof. Jianfeng Li voor de hulp bij de materiële karakteriseringen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
azobisisobutyronitrile (99%)MacklinA800354Verdere zuivering vereist
methyl methacrylate(99%)Sigma-AldrichM55909Verdere zuivering vereist
de-ionized waterMerckZEQ7016T0CMilli-Q Direct Water Purification System
alkaline aluminum oxide (100-200 mesh)MacklinA800033
 ammonium hydroxide  (25%-28%, wt)MacklinA801005
beaker SynthwareB220100
chromium(III) nitrate nonahydrate (99.95%)AladdinC116448
centrifugeThermoFisher Scientific75004250
columnSynthwareC184464CR
digital camera CanonEOS M50 Mark II
electric thermostaticdrying ovenLongyueLDO-9036A
ethanol (99.7%)Greagent1158566
gallium nitrate hydrate(99.9%)AladdinG109501
germanium oxide (99.99%)Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd51009860
glass rodSinopharm Chemical ReagentCo., Ltd91229401
powder X-Ray DiffractometerD2 PHASER DESKTOP XRDBRUKER
manganese nitrate (98%)MacklinM828399
methanol (99.5%)Greagent1226426
nitric acid (65.0-68.0%, wt)Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd10014508
pH meterShanghai Leici Sensor Technology Co., LtdPHS-3C
polyethylene glycol (300, Mw)Adamas01050882(41713A)
sealing filmParafilm2025722
sodium hydroxide (GR)Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd10019764
spectrometerHoribaFluorolog-3 
transmission electron microscopeJEOL JEM-1400 Plus
transmission electron microscopeJEOL2100 Plus 
triangular funnelSynthwareF181975
ultrasound machinecentrifugeJP-040S
zinc chloride (98%)Greagent01113266/G81783A

Referenties

  1. Xu, J., Tanabe, S. Persistent luminescence instead of phosphorescence: History, mechanism, and perspective. J Luminesc. 205, 581-620 (2019).
  2. Harvey, E. N. A history of luminescence from the earliest times until 1900. , American Philosophical Society. Philadelphia, USA. (1957).
  3. Hölsä, J. Persistent luminescence beats the afterglow: 400 years of persistent luminescence. Electrochem Soc Interface. 18 (4), 42(2009).
  4. Lastusaari, M., et al. The Bologna stone: history's first persistent luminescent material. Euro J Mineral. 24 (5), 885-890 (2012).
  5. Liu, Y., Kuang, J., Lei, B., Shi, C. Color-control of long-lasting phosphorescence (LLP) through rare earth ion-doped cadmium metasilicate phosphors. J Mater Chem. 15 (37), 4025-4031 (2005).
  6. Matsuzawa, T., Aoki, Y., Takeuchi, N., Murayama, Y. A new long phosphorescent phosphor with high brightness, SrAl2O4:Eu2+, Dy3+. J Electrochem Soc. 143 (8), 2670(1996).
  7. Guo, H., et al. Cyan emissive super-persistent luminescence and thermoluminescence in BaZrSi3O9:Eu2+,Pr3+ phosphors. J Mater Chem C. 5 (11), 2844-2851 (2017).
  8. Yuan, J., Dong, J., Lei, S., Hu, W. Long afterglow MOFs: a frontier study on synthesis and applications. Mater Chem Front. 5 (18), 6824-6849 (2021).
  9. Fu, X., Zheng, S., Shi, J., Li, Y., Zhang, H. Long persistent luminescence property of a novel green emitting SrLaGaO4 : Tb3+ phosphor. J Luminesc. 184, 199-204 (2017).
  10. Zhuang, Y., Wang, L., Lv, Y., Zhou, T. L., Xie, R. J. Optical data storage and multicolor emission readout on flexible films using deep-trap persistent luminescence materials. Adv Func Mater. 28 (8), 1705769(2018).
  11. Singh, S. K. Red and near infrared persistent luminescence nano-probes for bioimaging and targeting applications. RSC Adv. 4 (102), 58674-58698 (2014).
  12. Matuszewska, C., Elzbieciak-Piecka, K., Marciniak, L. Transition metal ion-based nanocrystalline luminescent thermometry in SrTiO3:Ni2+,Er3+ nanocrystals operating in the second optical window of biological tissues. J Phys Chem C. 123 (30), 18646-18653 (2019).
  13. Zhuang, Y., Katayama, Y., Ueda, J., Tanabe, S. A brief review on red to near-infrared persistent luminescence in transition-metal-activated phosphors. Optic Mater. 36 (11), 1907-1912 (2014).
  14. Norrbo, I., et al. Lanthanide and heavy metal free long white persistent luminescence from Ti doped Li-hackmanite: A versatile, low-cost material. Adv Func Mater. 27 (17), 1606547(2017).
  15. Hoang, K. Defects and persistent luminescence in Eu-doped SrAl2O4. Phys Rev Appl. 19 (2), 024060(2023).
  16. Viana, B., et al. Long term in vivo imaging with Cr3+ doped spinel nanoparticles exhibiting persistent luminescence. J Luminesc. 170 (3), 879-887 (2016).
  17. Ding, Y., So, B., Cao, J., Langenhorst, F., Wondraczek, L. Light delivery, acoustic read-out, and optical thermometry using ultrasound-induced mechanoluminescence and the near-infrared persistent luminescence of CaZnOS:Nd3. Adv Optic Mater. 11 (17), 2300331(2023).
  18. Ge, S., et al. Realizing color-tunable and time-dependent ultralong afterglow emission in antimony-doped CsCdCl3 metal halide for advanced anti-counterfeiting and information encryption. Adv Optic Mater. 11 (14), 2300323(2023).
  19. Zhai, L., Ren, X. M., Xu, Q. Carbogenic π-conjugated domains as the origin of afterglow emissions in carbon dot-based organic composite films. Mater Chem Front. 5 (11), 4272-4279 (2021).
  20. Miao, Q., et al. Molecular afterglow imaging with bright, biodegradable polymer nanoparticles. Nat Biotechnol. 35 (11), 1102-1110 (2017).
  21. Zhou, B., Xiao, G., Yan, D. Boosting wide-range tunable long-afterglow in 1D metal-organic halide micro/nanocrystals for space/time-resolved information photonics. Adv Mater. 33 (16), e2007571(2021).
  22. Yang, H., et al. Highly flexible dual-mode anti-counterfeiting designs based on tunable multi-band emissions and afterglow from chromium-doped aluminates. J Mater Chem C. 8 (46), 16533-16541 (2020).
  23. Chen, Y., et al. Synaptic plasticity powering long-afterglow organic light-emitting transistors. Adv Mater. 33 (39), e2103369(2021).
  24. Qu, B., Wang, J., Liu, K., Zhou, R., Wang, L. A comprehensive study of the red persistent luminescence mechanism of Y2O2S:Eu,Ti,Mg. Phys Chem Chem Phys. 21 (45), 25118-25125 (2019).
  25. Zhang, J., Jiang, C. Luminescence properties of Ca14 Mg2(SiO4)8 :Eu2+ from various Eu2+ sites for white-light-emitting diodes. Mater Res Bull. 60, 467-473 (2014).
  26. Yamamoto, H., Matsuzawa, T. Mechanism of long phosphorescence of SrAl2O4: Eu2+, Dy3+ and CaAl2O4 Eu2+, Nd3+. J Luminesc. 72-74, 287-289 (1997).
  27. Rojas-Hernandez, R. E., Rubio-Marcos, F., Rodriguez, M. Á, Fernandez, J. F. Long lasting phosphors: SrAl2O4:Eu, Dy as the most studied material. Renew Sustain Ener Rev. 81 (2), 2759-2770 (2018).
  28. Lin, Y., Tang, Z., Zhang, Z., Wang, X., Zhang, J. Preparation of a new long afterglow blue-emitting Sr2MgSi2O7-based photoluminescent phosphor. J Mater Sci Lett. 20, 1505-1506 (2001).
  29. Katayama, Y., Viana, B., Gourier, D., Xu, J., Tanabe, S. Photostimulation induced persistent luminescence in Y3Al2Ga3O12:Cr3. Optic Mater Exp. 6 (4), 1405-1413 (2016).
  30. Li, H., et al. A strategy for developing thermal-quenching-resistant emission and super-long persistent luminescence in BaGa2O4:Bi3+. J Mater Chem C. 7 (42), 13088-13096 (2019).
  31. Lei, B., et al. Luminescent properties of orange-emitting long-lasting phosphorescence phosphor Ca2SnO4:Sm3. Solid State Sci. 13 (3), 525-528 (2011).
  32. Lei, B., Liu, Y., Ye, Z., Shi, C. Luminescence properties of CdSiO3:Mn2+ phosphor. J Luminesc. 109 (3-4), 215-219 (2004).
  33. Wu, Y., et al. Near-infrared long-persistent phosphor of Zn3Ga2Ge2O10: Cr3+ sintered in different atmosphere. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 151, 385-389 (2015).
  34. Zhang, S., Hu, Y. Photoluminescence spectroscopies and temperature-dependent luminescence of Mn4+ in BaGe4O9 phosphor. J Luminesc. 177, 394-401 (2016).
  35. Wang, J., et al. One-dimensional luminous nanorods featuring tunable persistent luminescence for autofluorescence-free biosensing. ACS Nano. 11 (8), 8185-8191 (2017).
  36. Wang, T., Xu, X., Zhou, D., Qiu, J., Yu, X. Red phosphor Ca2Ge7O16:Eu3+ for potential application in field emission displays and white light-emitting diodes. Mater Res Bull. 60, 876-881 (2014).
  37. Ding, D., et al. X-ray-activated simultaneous near-infrared and short-wave infrared persistent luminescence imaging for long-term tracking of drug delivery. ACS Appl Mater Interfaces. 13 (14), 16166-16172 (2021).
  38. Zhao, X., Wei, X., Chen, L. J., Yan, X. P. Bacterial microenvironment-responsive dual-channel smart imaging-guided on-demand self-regulated photodynamic/chemodynamic synergistic sterilization and wound healing. Biomater Sci. 10 (11), 2907-2916 (2022).
  39. Huang, K., et al. Enhancing light and X-ray charging in persistent luminescence nanocrystals for orthogonal afterglow anti-counterfeiting. Adv Func Mater. 31 (22), 2009920(2021).
  40. Sun, L., Qi, Y., Jia, C. J., Jin, Z., Fan, W. Enhanced visible-light photocatalytic activity of g-C3N4/Zn2GeO4 heterojunctions with effective interfaces based on band match. Nanoscale. 6 (5), 2649-2659 (2014).
  41. Gupta, S. K., Sudarshan, K., Modak, B., Gupta, R. Interstitial zinc boosted light tunability, afterglow, and ultrabright white emission in zinc germanate (Zn2GeO4). ACS Appl Electron Mater. 5 (2), 1286-1294 (2023).
  42. Calderón-Olvera, R. M., et al. Persistent Luminescence Zn2GeO4:Mn2+ nanoparticles functionalized with polyacrylic acid: One-pot synthesis and biosensing applications. ACS Appl Mater Interfaces. 15 (17), 20613-20624 (2023).
  43. Li, Q., Miao, X., Wang, C., Yin, L. Three-dimensional Mn-doped Zn2GeO4 nanosheet array hierarchical nanostructures anchored on porous Ni foam as binder-free and carbon-free lithium-ion battery anodes with enhanced electrochemical performance. J Mater Chem A. 3 (42), 21328-21336 (2015).
  44. Lai, B., et al. A phosphorescence resonance energy transfer-based "off-on" long afterglow aptasensor for cadmium detection in food samples. Talanta. 232, 122409(2021).
  45. Chi, F., et al. Multimodal temperature sensing using Zn2GeO4:Mn2+ phosphor as highly sensitive luminescent thermometer. Sens Actuat B: Chem. 296, 126640(2019).
  46. Yin, S., Chen, D., Tang, W., Peng, Y. Synthesis of CaTiO3:Pr persistent phosphors by a modified solid-state reaction. Mater Sci Eng: B. 136 (2-3), 193-196 (2007).
  47. le Masne de Chermont, Q., et al. Nanoprobes with near-infrared persistent luminescence for in vivo imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 104 (22), 9266-9271 (2007).
  48. Li, Z., Shi, J., Zhang, H., Sun, M. Highly controllable synthesis of near-infrared persistent luminescence SiO2/CaMgSi2O6 composite nanospheres for imaging in vivo. Opt Express. 22 (9), 10509-10518 (2014).
  49. Sera, M., et al. Morphology control and synthesis of afterglow materials with a SrAl2O4 framework synthesized by Surfactant-Template and hydrothermal methods. Chem Phys Lett. 780, 138916(2021).
  50. Kim, J., Lee, C. K., Kim, Y. J. Low temperature synthesis of Lu3Al5-xGaxO12:Ce3+,Cr3+ powders using a sol-gel combustion process and its persistent luminescence properties. Optic Mat. 104, 109944(2020).
  51. Xu, Z., et al. Ln(3+) (Ln = Eu, Dy, Sm, and Er) ion-doped YVO(4) nano/microcrystals with multiform morphologies: hydrothermal synthesis, growing mechanism, and luminescent properties. Inorg Chem. 49 (4), 6706-6715 (2010).
  52. Wang, Y., et al. Zn2GeO4−x/ZnS heterojunctions fabricated via in situ etching sulfurization for Pt-free photocatalytic hydrogen evolution: interface roughness and defect engineering. Phys Chem Chem Phys. 22 (18), 10265-10277 (2020).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Hydrothermale syntheseluminescente nanomaterialennaglow-emissiefotoluminescentie-imagingpH-instelbare luminescentiezinkgermaanimingeengegevensversleutelingbiologische imaging
Synthese van persistente lichtgevende nanodeeltjes voor herschrijfbare displays en verlichtingstoepassingen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.