Son zamanlarda, Şanghay Mikrosistemler ve Bilgi Teknolojileri Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi (SIIST) Algılama Teknolojisi Laboratuvarı, ince film floresan sensörleri araştırmasında önemli ilerlemeler kaydetti. Bu çalışma, mükemmel ince film floresan sensörlerinin hazırlanması için etkili bir strateji sağlıyor ve floresan algılama ve gaz adsorpsiyonunun sinerjik sürecini deneysel olarak doğruluyor ve teorik olarak hesaplıyor.
Son yıllarda, ince film floresan sensörler gaz algılama alanında, özellikle patlayıcılar, sinir gazları ve uyuşturucular gibi sosyal tehlikelerin algılanması alanında önemli bir rol oynamıştır. Yüksek hassasiyetleri, tepkisellikleri ve seçicilikleri nedeniyle, eser madde tespiti için en umut verici teknolojilerden biridir. Ancak, floresan duyarlı malzemelerin çoğu, pratik uygulamaların gereksinimlerini karşılayan floresan algılayıcı malzemeleri nadir hale getiren toplanmış floresan söndürme (ACQ) etkisi ve fotoağartma fenomeninden muzdariptir. Bu, floresan duyarlı malzemelerin gaz algılamada uygulanmasını büyük ölçüde sınırlar ve gaz algılama için yeni yüksek performanslı duyarlı malzemeler geliştirmeye acil ihtiyaç vardır. Araştırmacılar, ince film organik floresan prob malzemelerinin karşılaştığı düşük katı hal floresan kuantum verimliliği ve düşük fotostabilite sorunlarını hedefleyerek, gaz analitleri için yüksek 3S'ye (duyarlılık, seçicilik, kararlılık) sahip yeni bir tür konak-misafir ince film floresan gaz sensörü geliştirdiler. Bu, farklı ihtiyaçları karşılamak için ince film floresan sensörleri oluşturmak için esnek bir yöntem sağladı.
Bu çalışmada, ACQ molekülü Me4BOPHY-1, basit bir katı faz sentez yöntemi kullanılarak bir metal-organik çerçeve ZIF-8 içine gömülmüş kapsüllenmiş organik bir misafir olarak kullanıldı ve floresan emisyon özellikleri yükleme oranı ayarlanarak ayarlandı. MOF'lar (ZIF-8), misafir moleküle bir MOF'lar (ZIF-8), misafir moleküller için çeşitli nanoboşluklar sağlar, böylece floresan moleküllerinin kendi kendine agregasyonunu azaltır ve Me4BOPHY-1'un ACQ etkisinin etkili bir şekilde üstesinden gelir. Molekülün katı hal floresan kuantum verimliliği (QY), farklı misafir molekül oranlarıyla %0,76'dan %19,72'ye çıkarıldı. Ayrıca, sinir gazı sarinin bir analoğu olan dietil klorofosfatın (DCP) gaz fazında tanımlanması sağlandı (Şekil 1).
Şekil 1. Konukçu-misafir gömülü yapılar kullanılarak organik floresan küçük molekül problarının floresan kuantum verimliliğinin ve algılama performansının artırılması.
MEMS konsol kiriş adsorpsiyon çalışmaları, ölçülecek gaz için konak-misafir gömülü MOF sensörünün önceden zenginleştirilmesinin, proba 3 saniyeye kadar tepki süresi ve 1,13 ppb kadar düşük bir tespit sınırı ile mükemmel gaz algılama yeteneği kazandırdığını göstermiştir. Dahası, MOF'un kafesleme etkisi analitin seçiciliğini artırır ve Me4BOPHY-1＠ZIF-8, karışan gaz HCl'ye karşı oldukça seçicidir. -8, önceki literatürde kaçınılmaz olan karışan gaz HCl'ye tepki olarak önemli ölçüde daha zayıftır. Bu arada, organometalik çerçeve yapısının "kafesleme etkisi" de sensörün iyi fotostabilitesini ve termal kararlılığını sağlar. Organofloresan moleküllerinin termal ayrışma sıcaklığı 200 dereceden 527 dereceye çıkarıldı ve başlangıç floresan yoğunluğu, uyarım bandında 4800 saniyelik lazer ışınımından sonra bile korundu. Özetle, özne-nesne gömülü tasarım stratejisi, gaz analitler için yüksek 3S'ye (duyarlılık, seçicilik ve kararlılık) sahip ince film floresan gaz sensörü sağlar ve farklı ihtiyaçları karşılamak için ince film floresan sensörleri oluşturmak için esnek bir yöntem sunar. Tehlikeli gaz algılamada umut vadeden uygulamalara sahip ince film floresan sensörler için gelişmiş bir tasarım stratejisi önerilmiştir (Şekil 2).
Şekil 2. Ana bilgisayar-misafir gömülü MOF sensörü yüksek 3S (duyarlılık, seçicilik, kararlılık) sentezini gerçekleştirir
Makalenin ilk yazarı enstitümüzün yüksek lisans öğrencisi Zhengqi Shen, ilgili yazarlar ise araştırmacı Yanyan Fu, Jiangong Cheng ve genç araştırmacı Min Tu'dur. Çalışmaya ayrıca Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Genç Araştırmacı Kai Qi, Proje Ortağı Xiuyun Jiang ve Prof. Zhiyong Fan da yardımcı olmuştur. İlgili çalışma Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın Ulusal Temel Araştırma ve Geliştirme Programı (2022YFB3203500, 2021YFB3200800), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (62022085, 62301544, 61831021, 22201289) ve Şanghay Bilim ve Teknoloji Komisyonu (22QA1410800) tarafından desteklenmiştir.
