Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פרוטוקול מוצג לסינתזה של ננו-חומרים זוהרים מתמידים (PLNPs) ויישומם הפוטנציאלי בתצוגות לצריבה חוזרת ובעיבוד אמנותי תוך ניצול אפקט הזוהר שלאחר מכן תחת קרינת אור אולטרה סגול (365 ננומטר).

Abstract

לננו-חלקיקים זוהרים מתמידים (PLNPs) יש את היכולות לשמור על אריכות ימים ארוכה ופליטה חזקה גם לאחר הפסקת העירור. PLNPs נמצאים בשימוש נרחב בתחומים שונים, כולל תצוגות מידע, הצפנת נתונים, הדמיה ביולוגית וקישוט אמנותי עם בהירות מתמשכת וחיה, המספקים אפשרויות אינסופיות למגוון טכנולוגיות חדשניות ופרויקטים אמנותיים. פרוטוקול זה מתמקד בהליך ניסיוני לסינתזה הידרותרמית של PLNPs. הסינתזה המוצלחת של ננו-חומרים זוהרים מתמשכים עם Mn2+ או Cr3+ המשמשים כמרכז זוהר ב-Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) או ZnGa2O4: Cr מדגישה את האוניברסליות של שיטה סינתטית זו. מצד שני, התכונות האופטיות של ZGO: Mn ניתן לשנות על ידי התאמת ה- pH של פתרונות מבשר, המדגים את הכוונון של הפרוטוקול. כאשר הם נטענים באולטרה סגול (UV) באורך גל של 365 ננומטר למשך 3 דקות ולאחר מכן נעצרים, PLNPs מפגינים את היכולת יוצאת הדופן ליצור זוהר לאחר מכן ביעילות ובעקביות, מה שהופך אותם לאידיאליים ליצירת תצוגות דו-ממדיות הניתנות לצריבה חוזרת ויצירות אמנות תלת-ממדיות שקופות וזוהרות. פרוטוקול זה המתואר במאמר זה מספק שיטה ישימה לסינתזה של ננו-חלקיקים זוהרים מתמשכים ליישומי הארה והדמיה נוספים, ופותח אפשרויות חדשות לתחומי המדע והאמנות.

Introduction

הארה מתמשכת (PL) היא תהליך אופטי ייחודי שיכול לאגור אנרגיה מאור אולטרה סגול, אור נראה, קרני רנטגן או מקורות עירור אחרים ולאחר מכן לשחרר אותה בצורה של פליטת פוטונים למשך שניות, דקות, שעות או אפילו במשך ימים1. גילוי תופעת הזוהר המתמשך מקורו בשושלת סונג בסין העתיקה לפני 1000 שנה, כאשר צייר גילה במקרה ציור שזהר בחושך. מאוחר יותר נמצא כי חלק מחומרי הגלם והמינרלים הטבעיים יכולים לספוג את אור השמש ואז לזהור בחושך ואף להפוך אותם לפנינים זוהרות מרתקות2. עם זאת, התיעוד ההולם הראשון של זרחן מתמשך היה צריך להיות קשור לגילוי של פליטת PL מאבן בולוניה בתחילת המאה ה-17, אשר נתן זוהר צהוב עד כתום בחושך 1,2,3,4. מאוחר יותר, התגלה כי הזיהומים הטבעיים של Cu+ ב- BaS מילאו תפקיד חשוב בתופעת ההארה המתמשכת הזו 1,4. עד אמצע שנות התשעים, הייצור של זרחן מתמשך היה מוגבל בעיקר לסולפידים5. בשנת 1996, Matsuzawa et al. דיווחו על תחמוצת מתכת חדשה (SrAl2O4: Eu2+, Dy3+) זרחן המראה זוהר אחורי בהיר ביותר, אשר עורר מאוד את ההתרחבות של מחקר זוהר מתמשך6.

התכונות הייחודיות של חומרים זוהרים מתמידים נגזרות בעיקר משני סוגים של מרכזים פעילים: מרכזי פליטה ומרכזי מלכודת 1,7,8. ביניהם, הראשון קובע את אורך גל הפליטה, בעוד שהעוצמה והזמן המתמשכים נקבעים בעיקר על ידי מרכזי המלכודת. לכן, התכנון של חומרי PL צריך לקחת בחשבון את שני ההיבטים על מנת להשיג את אורך גל הפליטה הרצוי ואת עוצמת ההארה המתמשכת 9,10. מרכזי הפליטה יכולים להיות יוני לנתניד עם מעברים 5d עד 4f או 4f עד 4f, יוני מתכת מעבר עם מעברי d ל-d, או יוני מתכת לאחר המעבר עם מעברי p ל-s 1,11,12,13. מצד שני, מרכזי מלכודת נוצרים על ידי פגמים בסריג או co-dopants שונים14,15, אשר בדרך כלל אינם פולטים קרינה אלא במקום לאחסן את אנרגיית העירור לזמן מה ולאחר מכן בהדרגה לשחרר אותו למרכז פולט באמצעות הפעלה תרמית או פיזית אחרת16,17. דווח על זרחן רב עם פונדקאים שונים ויוני דופנט. עד כה, תרכובות מתכת אנאורגניות18, מסגרות מתכת-אורגניות8, חומרים מרוכבים אורגניים מסוימים19 ופולימרים20 נמצאו כבעלי תכונות PL. בשנים האחרונות, חומרים זוהרים עמידים במלכודת עמוקה עם תכונות אחסון אנרגיה ושחרור פוטונים הניתנים לשליטה הראו יישומים פוטנציאליים גדולים באחסון מידע21, רב שכבתי נגד זיופים22 ותצוגות מתקדמות23.

בהתבסס על ההרכב לעיל, PLNPs עם מטריצות שונות תוכננו בהצלחה וסונתזו, כגון BaZrSi3O97, Y2O2S24, Ca14Mg2(SiO4)825, CaAl2O426, SrAl2O426,27 , ו- Sr2MgSi2O728 עם מרכזי זוהר מרובי סימום, שבהם מרכזי ההארה תלויים מאוד באפקט השדה הגבישי של הסריג המארח, בעוד הפגמים שנוצרו או שופרו על ידי סימום שונים משמשים כמרכזי עזר לשליטה בעוצמת הזוהר שלאחר מכן ובמשך הזמן. בנוסף לסימום משותף, ניתן לראות פליטה ארוכת טווח גם במקרה של מפעיל אחד בלבד, כגון PLNPs הטרוגניים עם מטריצה של Y3Al2Ga3O1229, BaGa2O430, Ca2SnO431, CdSiO332 , ו- Zn3Ga2Ge2O1033. תחמוצות טרינריות מבוססות גרמנים כוללות Ca2Ge7O16, Zn2GeO4, BaGe4O9 וכו ', שהם חומרים מוליכים למחצה רחבים טיפוסיים עם פליטת כווננות, הארה ניתנת לשחזור ויציבה, תפוקה קוונטית גבוהה, ידידותיות לסביבה וזמינות רחבה 34,35,36. יתרונות אלה הופכים אותו למוביל פוטולומינסנט טוב מסוג activator. בשנים האחרונות, גרמנים עם מיקרו-מבנים שונים35,37, הוכנו על ידי תגובות מצב מוצק קונבנציונליות או שיטות פתרון כימיות, ומאפיינים אלה הופכים את Zn2GeO4 שימושי בעיקור38, נגד זיופים39, קטליזה40, דיודות אור41, ביו-חישה42, אנודות סוללה43, גלאים44,45 וכו '.

על מנת להרחיב את היישום של חומרי PL, פותחה סינתזה נשלטת של ננו-חלקיקים זוהרים אחידים ומתמשכים. לפני עשור, זרחן מתמשך סונתז על ידי סינתזת מצב מוצק46. עם זאת, זמן התגובה הארוך וטמפרטורת החישול הגבוהה בתהליך הסינתזה גרמו לזרחן גדול ולא סדיר, שהגביל את יישומם בתחומים אחרים כגון ביו-רפואה. בשנת 2007, Chermont et al. השתמשו בגישת סול-ג'ל לסנתז ננו-חלקיקים בפעם הראשונה והכינו Ca0.2Zn0.9Mg0.9Si2O6: Eu2+, Dy3+, Mn2+, אשר פתח את עידן PLNPs47. עם זאת, אסטרטגיית הסינתזה מלמעלה למטה מלווה בבעיות כגון גודל ומורפולוגיה בלתי נשלטים, ולכן החוקרים עשו עבודה רבה בפיתוח סינתזה נשלטת מלמטה למעלה של PLNPs. מאז 2015 התפתחו שיטות סינתזה שונות בזו אחר זו, כגון שיטת סינתזת התבניות, השיטה התרמית הידרותרמית/ממס, שיטת סול-ג'ל ושיטות סינתזה כימיות רטובות אחרות לסינתזה של PLNPsאחידים וניתנים לשליטה 47,48,49,50. ביניהם, סינתזה הידרותרמית היא אחת השיטות הנפוצות ביותר להכנת ננו-חומרים, אשר יכול לספק שיטה סינתטית מתכווננת ומתונה להכנת תרכובות או חומרים עם מבנים מיוחדים ומאפיינים51.

כאן, אנו מציגים הליך ניסיוני מפורט לסינתזה של Zn2GeO4: Mn PLNPs עם מורפולוגיית ננו-מוטות 1D באמצעות השיטה ההידרותרמית ולספק להם סביבה קשיחה ליישומי תאורה נוספים. נמצא כי תכונות ההארה של PLNPs, כולל אורך גל פליטה ועקומת דעיכת זוהר אחרי, ניתנות לשינוי על ידי התאמת ערך ה- pH של המבשר. מצד שני, כדי להדגיש את הרבגוניות של שיטה זו, אנו גם מסנתזים PLNPs עם Cr כמרכז זוהר באמצעות ZnGa2O4 כמטריצה (ZnGa2O4: Cr), אשר מציגה פליטת זוהר לאחר (697 ננומטר) באזור האינפרא אדום הקרוב לאחר שעוררה אור אולטרה סגול (365 ננומטר). מאמר זה מתמקד בעיקר ב- Zn2GeO4: Mn שערך ה- pH של פתרון מקדים הוא 9.4 עבור ייצור והדמיה של יצירות אמנות דו-ממדיות ותלת ממדיות. Zn2GeO4: Mn הוא סוג של ננו-חומר עם יוני Mn כמרכז זוהר המשיג פליטת אור ירוק חזקה (~ 537 ננומטר) תחת עירור של אור אולטרה סגול 365 ננומטר. יחד עם זאת, עדיין ניתן לראות את האור הירוק הרציף לאחר הפסקת העירור. על מנת לקדם פילמור של PLNPs במתיל מתקרילט, ליגנדים (פולי-אתילן גליקול) נוספו במהלך תהליך הסינתזה ההידרותרמית, ולאחר מכן PLNPs פולמרו עם מתיל מתקרילט (MMA) בתבנית דו-ממדית או תלת-ממדית, כך שהוא יכול ליצור יצירות אמנות זוהרות תוך פירוק חלק.

פרוטוקול זה מספק שיטה ישימה לסינתזה הידרותרמית, תגובות פילמור ויישומים זוהרים של PLNPs בעיבוד צבע מתקדם. כל הבדל ב- pH, טמפרטורה וריאגנטים כימיים במהלך גידול ננו-גבישים ישפיע על הגודל והתכונות האופטיות של ננו-מבנים PLNP. פרוטוקול מפורט זה נועד לסייע לחוקרים חדשים בתחום לשפר את יכולת השחזור של PLNPs באמצעות שיטה הידרותרמית ליישומים רחבים יותר.

Protocol

1. סינתזה של Zn2GeO4: Mn PLNPs

  1. הכן 2 M/L תמיסת נתרן הידרוקסיד על ידי המסת 10 mM נתרן הידרוקסידי ב 5 מ"ל של מים deionized.
  2. הכינו תמיסת נתרן גרמני 0.4 מ"ל על ידי הוספת 2 מ"מ תחמוצת גרמניום ל-5 מ"ל של תמיסת נתרן הידרוקסידי, ולאחר מכן ערבבו בטמפרטורת החדר במשך כ-30 דקות.
  3. הוסף 4 מ"מ אבץ כלורי, 0.01 מ"מ חנקת מנגן ו-600 מיקרוליטר חומצה חנקתית (65%-68%, wt) לכוס קטנה בנפח 100 מ"ל המכילה 22 מ"ל מים שעברו דה-יוניזציה.
    אזהרה: תוספת של חומצה חנקתית צריכה להתבצע בקפידה במכסה אדים ולוודא שאין להבות גלויות או חימום מסביב.
  4. מערבבים במרץ עד שהפתרון של שלב 1.3 מומס לחלוטין.
  5. הוסף לאט 2 mM נתרן גרמני פתרון לפתרון של שלב 1.4. הוסף 1 מ"ל של פוליאתילן גליקול (PEG; 300, Mw) לתמיסה.
  6. הכנס את בדיקת מד ה- pH המכויל לתמיסה כדי לפקח על ערך ה- pH של מערכת התגובה. הניחו ערבוב עדין יחסית כדי למנוע התזה של התמיסה והתנגשות בין מוט הבחישה לבדיקה.
  7. הוסף אמוניום הידרוקסיד עם חלק מסה של 25%-28% לתמיסה טיפה אחר טיפה, והתאם את ה- pH של התמיסה ל- 6.0, 8.0 או 9.4 בהתאם לתכונת ההארה שיש לחקור. הקפד להוסיף אמוניום הידרוקסיד לאט ולפקח על שינויי ה- pH של התמיסה בכל עת כדי למנוע מהמערכת להיות חומצית מדי או בסיסית מדי, כדי לא להשפיע על המורפולוגיה ותכונות זוהרות של ננו-חומרים.
  8. מכסים את הכד בסרט איטום ומערבבים את התמיסה בטמפרטורת החדר למשך שעה. נסו לא לחשוף את המערכת לאוויר כדי למנוע כניסת אבק ולגרום לתנודתיות הממס, תוך ערבוב במהירות קבועה כדי שרמת הנוזל של המערכת לא תתיז כאשר המערכת מעורבבת במלואה.
  9. מעבירים את התמיסה לאוטוקלב מרופד טפלון ומכניסים אותה לתנור ייבוש תרמוסטטי חשמלי בטמפרטורה של 220°C למשך 4 שעות.
    הערה: יש לבחור את האוטוקלאבה המתאימה המרופדת בטפלון בהתאם לנפח המערכת, ולשמור על ניקיון הכור. נפח חומרי הגלם שנוספו לא יעלה על 1/3rd מנפח האוטוקלאב. במקביל, ודא שהאוטוקלאבה סגורה לחלוטין לפני הכנסתה לתנור הייבוש התרמוסטטי החשמלי.
  10. כבו את תנור הייבוש התרמוסטטי החשמלי עם השלמת התגובה והמתינו עד שהמערכת תתקרר לטמפרטורת החדר כדי להוציא את הכור. הקפידו להמתין עד שהכור יתקרר לחלוטין והלחץ יופחת לטווח בטוח לפני שתמשיכו לשלב הבא כדי להימנע ממגע ישיר בין טמפרטורה גבוהה לעור.
  11. פתח לאט את הכור והעבר את תמיסת התגובה לשני צינורות צנטריפוגות של 50 מ"ל. שוטפים את הכור ב-40 מ"ל אתנול, ולאחר מכן מעבירים את תמיסת האתנול לאותם צינורות צנטריפוגה.
  12. מערבול במשך 30 שניות כך שניתן לערבב את התמיסה באופן שווה, ואז צנטריפוגה את הדגימה ב 4000 x גרם במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר ולהסיר את supernatant.
  13. הוסף 10 מ"ל של מים נטולי יונים, לכל צינור צנטריפוגה וסוניקט למשך 5 דקות (240 W, 40 קילוהרץ) כדי לפזר מחדש את המוצר.
  14. הוסף 20 מ"ל אתנול לכל צינור צנטריפוגה ומערבולת במשך 30 שניות כדי לערבב את התמיסה באופן שווה.
  15. ממשיכים בצנטריפוגה של המוצר בהתאם להגדרה שהוזכרה קודם לכן (4000 x גרם, 15 דקות) בטמפרטורת החדר ומשליכים את הסופרנטנט.
  16. אולטרסאונד במשך 5 דקות כדי לפזר את המוצר ב 2 מ"ל של תמיסת מתנול, לאטום את הדגימה עם סרט איטום ולאחסן אותו במקרר 4 מעלות צלזיוס כדי למנוע זיהום דגימה ואידוי ממס עבור יישומי תאורה עתידיים.

2. סינתזה של ZnGa2O4: Cr PLNPs

  1. להמיס 12 mM Ga(NO3)3.xH 2O, 7.2 mM ZnCl2 ו- 0.024 mM Cr(NO3)3.9H 2O ב- 30 מ"ל מים נטולי יונים.
  2. הוסף 1 מ"ל של PEG (300, Mw) לפתרון. מוסיפים אמוניום הידרוקסיד (25%-28% wt) לתמיסה, מערבבים בעדינות עד שמגיעים ל-pH של 9.0-9.4. הקפידו לשלוט במהירות הערבוב כך שניתן יהיה לערבב היטב את התמיסה מבלי להתיז על מד ה- pH.
  3. מכסים את הכד בסרט איטום ומערבבים את התמיסה בטמפרטורת החדר למשך שעה. נסו למזער את חשיפת המערכת לאוויר כדי למנוע כניסת אבק ואידוי ממס. במקביל, לשלוט על מהירות ערבוב, כך המערכת לא להתיז בעת ערבוב יסודי.
  4. מעבירים את התמיסה לאוטוקלב מרופד טפלון ופועלים בטמפרטורה של 220 מעלות צלזיוס למשך 6 שעות. הוציאו את המיכל לאחר שהטמפרטורה יורדת לטמפרטורת החדר. ודא כי כלי התגובה התקרר לחלוטין, ואת הלחץ ירד לטווח בטוח לפני שתמשיך עם פעולות הבאות, כמו גם למנוע מגע ישיר של טמפרטורות גבוהות עם העור.
  5. העבר את תמיסת התגובה לשני צינורות צנטריפוגות 50 מ"ל. שוטפים את הכור ב-40 מ"ל אתנול, ולאחר מכן מעבירים את תמיסת האתנול לאותם צינורות צנטריפוגה.
  6. מערבלים במשך 30 שניות כדי לערבב את התמיסה ולאחר מכן צנטריפוגות את הדגימה ב 4000 x גרם במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר ולהסיר את supernatant.
  7. הוסף 10 מ"ל של מים נטולי יונים, לכל צינור צנטריפוגה וסוניקט במשך 5 דקות כדי לפזר מחדש את המוצר.
  8. הוסף 20 מ"ל אתנול לכל צינור צנטריפוגה ומערבולת במשך 30 שניות כדי לערבב את התמיסה באופן שווה. ממשיכים בצנטריפוגה של המוצר בטמפרטורת החדר כאמור (4000 x גרם, 15 דקות) ומשליכים את הסופרנטנט.
  9. Ultrasonicate במשך 5 דקות כדי לפזר את המוצר ב 2 מ"ל של מים deionized ולאטום את הדגימה עם סרט איטום לאחסון.

3. טיהור חומרי גלם

  1. לטהר מתיל מתקרילט (MMA) על ידי כרומטוגרפיית עמודה כמתואר להלן.
    1. ממלאים חצי מהעמוד בתחמוצת אלומיניום אלקליין (100-200 רשת) ודוחסים קלות עם מוט זכוכית. בעת מילוי העמוד בתחמוצת אלומיניום, שימו לב לפיזור אחיד ולדחיסה אחידה של חומר המילוי לשיפור יעילות ההפרדה.
    2. הוסף כמות קטנה של MMA ופתח את בוכנה המצערת PTFE למטה. לאחר ששכבת הממס מרטיבה את כל תחמוצת האלומיניום והנוזל זורם החוצה, הוסיפו MMA נוסף וחזרו על תהליך זה מספר פעמים. הזמן שבו יחס המסה של כל MMA נוסף תחמוצת אלומיניום הבסיסית הוא: 1:50 מייצג את סוף התהליך.
    3. הכניסו את דגימת ה-MMA הסופית שנאספה לבקבוק זכוכית, אטמו אותה בסרט איטום ואחסנו בטמפרטורה של 4°C.
      זהירות: התהליך כולו צריך להתבצע במכסה אדים בשל התנודתיות החזקה של MMA. במקביל, על המפעילים לעטות מסכות ומעילי מעבדה.
  2. לטהר azobisisobutyronitrile (AIBN) על ידי recrystallization כמתואר להלן.
    1. הכינו 50 מ"ל של תמיסה מעורבת עם יחס נפח של 7:3 אתנול ומים מזוקקים וחממו את התמיסה.
    2. מוסיפים 5 גרם AIBN כאשר התמיסה רותחת ומערבבים כדי לערבב את התמיסה באופן שווה.
    3. הסר זיהומים בלתי מסיסים על ידי סינון חם כמתואר להלן.
      1. הניחו את נייר הסינון צמוד היטב לדופן הפנימית של המשפך המשולש וודאו שנייר הסינון נמצא מתחת לקצה המשפך.
      2. הניחו את מוט הזכוכית על החלק התלת-שכבתי של נייר הסינון. אם מוט הזכוכית אינו ממוקם כנגד החלק התלת-שכבתי של נייר הסינון, הוא עלול לנקב את נייר הסינון, מה שיוביל לסינון לא יעיל.
      3. מניחים את קצה הכד המכיל את התמיסה קרוב למוט הזכוכית ומוזגים אותו כשהוא חם. מטרת שלב זה היא למנוע התזת טיפות נוזליות.
      4. שוטפים את הכד ב -10 מ"ל מים מזוקקים קרים, ושוב מבצעים את תהליך הסינון הנ"ל; חזור על הפעולה 3x.
    4. התמיסה הופכת לרוויה עקב הירידה במסיסות במהלך הקירור, וכתוצאה מכך משקעים של גבישים. הכניסו את התמיסה שנאספה למקרר בטמפרטורה של 4°C לקירור והתגבשות. הדגימה תופיע במצב של גבישים לבנים דמויי מחט.
    5. אטמו את הדגימה ברדיד אלומיניום ואחסנו בטמפרטורה של 4°C.
      זהירות יש לנקוט אמצעי הגנה במהלך הפעולה בשל הרעילות של AIBN, תוך הימנעות ממגע עם להבות פתוחות, טמפרטורות גבוהות וחומרים מחמצנים.

4. קופולימריזציה של מתיל מתקרילט (MMA)

  1. הגדר את טמפרטורת אמבט המים ל 80 °C.
    הערה: לטמפרטורת המים יש השפעה חמורה על קצב הפילמור ובכך משפיעה על היווצרות המוצר הסופי. לכן, הטמפרטורה של אמבט המים צריך להיות מובטח בהחלט לא להיות גבוה מדי.
  2. שוקלים 20 גרם MMA לתוך בקבוק בצורת חציל 100 מ"ל. יש לשמור את המיכל יבש לפני הניסוי.
    הערה: הבקבוק בצורת חציל נבחר כדי להקל על חימום אמבט המים והחלפת האוויר בחנקן במערכת. נסו לשקול את הדגימה בסביבה מאווררת היטב תוך עטיית מסכה.
  3. הוסף את תמיסת מתנול מוכן מראש של Zn2GeO4: Mn לתוך כלי התגובה.
  4. ממיסים היטב את הדגימה ב-MMA בעזרת אולטרסאונד למשך כ-10 דקות (240 ואט, 40 קילוהרץ) בטמפרטורת החדר. שמור על כלי התגובה אטום כדי למנוע אידוי ממס ולמנוע טמפרטורות גבוהות מדי במהלך תהליך ultrasonication.
  5. הוסף 0.012 גרם AIBN לפתרון וערבב את הפתרון לחלוטין.
    הערה: יש להשתמש ב- AIBN בתנאים נטולי מים ולוודא שאין להבה גלויה סביב פעולת הניסוי. הקפד ללבוש ציוד מגן.
  6. מניחים את הבקבוק באמבט מים בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס ומנקים את האוויר ממערכת התגובה עם N2 למשך כ-35 דקות. כאשר התגובה עומדת להסתיים, נערו בעדינות את מיכל התגובה. אם הפתרון אינו רועד במרץ, הוא מוכיח שהתגובה מוצלחת.
    הערה: זמן התגובה ישתנה בהתאם לטמפרטורת אמבט המים. ודא כי הטמפרטורה של אמבט המים מגיע 80 ° C ולהתחיל תזמון במשך 35 דקות.
  7. לאחר סיום התגובה, העבירו במהירות את כלי התגובה לאמבט קרח כדי לקרר אותו במהירות.
    הערה: תהליך זה צריך להיות מהיר ככל האפשר כדי למנוע טרום פילמור מוגזם של MMA, ואת אמבט הקרח ניתן להכין מראש במהלך מרווח התגובה.
  8. לאט לשפוך את הפתרון לתוך תבנית דו מימדית או תלת מימדית, לשים את התבנית לתוך תנור ייבוש תרמוסטטי חשמלי ב 40 ° C במשך 10 שעות, 70 ° C במשך 8 שעות, ו 100 ° C במשך 2 שעות נוספות כדי לקבל חומר המטרה.
  9. סגרו את תנור הייבוש התרמוסטטי החשמלי לאחר הפסקת התגובה, ותנו לו להתקרר לטמפרטורת החדר. פתחו את תנור הייבוש התרמוסטטי החשמלי כדי להוציא את התבנית לאחר שמערכת התגובה התקררה מספיק כדי למנוע כוויות בעור הנגרמות כתוצאה ממגע ישיר בין טמפרטורה גבוהה לגוף.
  10. הסר בזהירות את התבנית וחשף את דגימת PMMA הפולימרית (ZGO: Mn-PMMA) למנורת UV למשך כ-3 דקות. לדוגמה, בעת חשיפת סרט ZGO שקוף: Mn-PMMA לאור אולטרה סגול דרך מגזרת קרטון שחורה בצורת האות H, מתקבלת תבנית מקבילה של פליטת זרחן ירוק. ניתן למחוק את התבנית לאחר 5 דקות. לאחר מכן, ניתן לחזור על התהליך באמצעות מגזרת קרטון שחורה נוספת בצורת אותיות שונות, יצירת דפוסים זוהרים חדשים.

תוצאות

דיאגרמת הסינתזה של Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) PLNPs מוצגת באיור 1. הפולימר האמפיפילי פוליאתילן גליקול (PEG) נוסף כדי לשנות את הננו-מוטות נטולי הליגנד Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) כדי להתמוסס טוב יותר בתווך MMA. ראשית, נאספות תמונות של מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM), מיקרוסקופ אלקטרונים ?...

Discussion

מאמר זה מציג שיטת סינתזה עבור ננו-חומרים זוהרים מתמידים ופילמור עבור יישומי עיבוד צבע. החומרים הראו תכונות אופטיות יציבות ביותר וזוהר אחורי נראה לעין לאחר הפסקת עירור האור האולטרה סגול. ננו-חומר זוהר מתמשך (Zn2GeO4: Mn) הוכן בשיטה הידרותרמית עם pH שונה (איור 1A). תמונת T...

Disclosures

אין מה לחשוף.

Acknowledgements

המחברים מודים למימון הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82001945), תוכנית שנגחאי פוג'יאנג (20PJ1410700), והמענק ההתחלתי של אוניברסיטת שנחאי-טק. המחברים מודים למרכז למיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה גבוהה (ChEM), בית הספר למדע וטכנולוגיה פיזיקליים, אוניברסיטת שנחאי-טק (No. EM02161943) לתמיכה באפיון החומר. המחברים מודים למרכז המכשור האנליטי (#SPST-AIC10112914), בית הספר למדע וטכנולוגיה פיזיקליים, אוניברסיטת שנחאי-טק על התמיכה בבדיקות ספקטרליות ותמיכה במבחן XRD. המחברים מודים גם לפרופ' ג'יאנפנג לי על העזרה באפיון החומר.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
azobisisobutyronitrile (99%)MacklinA800354Further purification required
methyl methacrylate(99%)Sigma-AldrichM55909Further purification required
deionized 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

References

  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. , (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. &. #. 1. 9. 3. ;., 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE211

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved