Wetenschap
Nieuwe methode ontwikkeld voor fosforescerende meerkleurige koolstofstippen
Een onderzoeksteam heeft een nieuwe methode bedacht om verkoolde polymeernanodots te bereiden die in staat zijn om meerkleurige ultralange fosforescentie bij kamertemperatuur (RTP) uit te zenden van blauw naar groen.
"Deze materialen vertonen potentiële toepassingen in de strijd tegen namaak en informatie-encryptie", zegt Zhang Qipeng, lid van het team.
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Advanced Science , en het onderzoek werd geleid door Jiang Changlong van het Hefei Institute of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen
RTP-materialen gloeien zelfs nadat de lichtbron is verwijderd, waardoor ze waardevol zijn voor verschillende toepassingen, zoals beveiligingsfuncties, gegevensbescherming, beeldschermen en medische beeldvorming. Carbon dots (CD's) zijn een soort RTP-materiaal dat bekend staat als gemakkelijk te maken, stabiel onder licht en veilig. Maar het maken van heldere en duurzame RTP-materialen met cd's is lastig vanwege het niet-stralingsverlies van energie.
Bovendien is het moeilijk om verschillende fosforescerende kleuren te verkrijgen uit materialen met enkele koolstofstippen, waardoor het gebruik ervan wordt beperkt. Daarom is de ontwikkeling van meerkleurige RTP-carbon dots-materialen met een lange levensduur en een hoge kwantumopbrengst absoluut noodzakelijk.
De methode die in dit onderzoek is ontwikkeld, is het synthetiseren van verkoolde polymeernanodots met behulp van hydrothermische synthese van ortho-fenyleendiamine (oPD) en polyacrylzuur (PAA). Onderzoekers mengden een aantal chemicaliën, ortho-fenyleendiamine (oPD) en polyacrylzuur (PAA), samen in heet water om deze stippen te maken. Vervolgens bakten ze deze stippen met booroxide (B2 O3 ) om ze langdurig te laten gloeien, van blauw naar groen.
Door oPD toe te voegen, gloeiden deze cd's in verschillende fosforescerende kleuren vanwege de dotering van het stikstofelement. PAA, een lange keten van moleculen, zorgde ervoor dat deze CD's zich gedroegen als andere verkoolde polymeernanodots gemaakt van polymeren. De verknopingsstructuren met lange ketens van deze polymeren fixeren de luminescerende groepen in gecarboniseerde polymeerstippen door middel van covalente bindingen en waterstofbruggen, waardoor niet-stralingsverliezen worden verminderd en daardoor de fosforescentie van CD's wordt verbeterd.
Het booroxide, dat als een harde schil rond de cd's zit, hielp ook de fosforescerende energie tegen niet-stralingsverliezen te houden. Het synergetische effect van verknoopte polymeerstructuren in koolstofstippen en hun stijve omhulsels zorgt ervoor dat deze koolstofstippen een uitstekende fosforescentie kunnen vertonen, met een zichtbare duur van maximaal 49 seconden en een maximale fosforescentiekwantumopbrengst van 19,5%.
Ze vertonen ook opmerkelijke weerstand tegen fotobleken. Als gevolg hiervan zijn deze carbon dot-materialen veelbelovend voor toepassingen op het gebied van de bestrijding van namaak en informatie-encryptie.
Dit onderzoek verbetert niet alleen ons begrip van RTP-materialen, maar maakt ook de weg vrij voor het creëren van veelzijdige en hoogwaardige materialen voor beveiliging en gegevensbescherming, aldus het team.