Lumină UV pentru materiale detectoare de radiații mai durabile și rezistente la apă
Cercetătorii de la Universitatea de Stat din Florida au dezvoltat o metodă prin care o clasă de materiale folosite în detectarea radiațiilor devine mai robustă și mai ușor de fabricat. Tehnica ar putea deschide calea către dispozitive avansate de detectare a radiațiilor, utilizate în imagistica medicală, radioterapie și tehnologiile spațiale.
Materialele în cauză sunt hibrizii organici metal-halogenuri de dimensiuni reduse, cunoscuți sub denumirea de OMHH. Aceștia combină componente organice și anorganice, cu proprietăți optice, electrice și magnetice care pot fi adaptate prin proiectare moleculară. Sunt folosiți în tehnologii variate, de la LED-uri și celule solare până la detectori direcți de raze X și scintilatori — materiale care transformă radiația de înaltă energie în lumină vizibilă.
Deși versatili, unii OMHH sunt greu de prelucrat în structuri stabile, deoarece se pot dizolva sau degrada în contact cu apa sau cu solvenți polari obișnuiți.
Rețea covalentă obținută prin expunere la UV
Pentru a rezolva această problemă, echipa condusă de Biwu Ma, profesor de chimie și biochimie, a dezvoltat OMHH zero-dimensionali, în care unitățile individuale de metal-halogenură sunt izolate între ele. Cercetătorii au încorporat grupări reactive direct în componentele organice ale materialului.
După ce materialul a fost procesat din soluție într-o peliculă, expunerea la lumină ultravioletă a conectat aceste componente într-o rețea covalentă, fixând unitățile de metal-halogenură izolate. Rezultatul oferă un echilibru important: materialul poate fi prelucrat înainte de reticualizare și devine robust după aceea, păstrându-și proprietățile utile.
În teste, peliculele nereticulate s-au dizolvat rapid în apă și alți solvenți, în timp ce peliculele reticulate au rămas intacte după expunere prelungită.
„Un material poate performa bine ca probă mică de laborator, dar aplicațiile reale necesită fabricație reproductibilă, stabilitate pe termen lung, integrare cu alte componente și costuri și performanță competitive”, a declarat Ma. „Cercetarea noastră se concentrează tot mai mult nu doar pe descoperirea de materiale cu proprietăți mai bune, ci și pe modul în care acestea pot fi procesate, stabilizate, fabricate și integrate în dispozitive practice. Strategia de reticualizare este un pas important în această direcție.”
Muncă de echipă și aplicații viitoare
La studiu au contribuit și studenți doctoranzi. Tunde Shonde, fost doctorand în grupul lui Ma și actual cercetător la BASF, a realizat experimentele inițiale care au stabilit fezabilitatea reticualizării OMHH zero-dimensionali. Sahel Moslemi, doctorand în anul trei și primul autor al studiului, a dezvoltat în continuare materialele și a condus mare parte din activitatea experimentală și caracterizare.
Echipa lui Ramakrishnan de la Colegiul de Inginerie FAMU-FSU colaborează cu grupul lui Ma pentru a explora modul în care OMHH ar putea fi prelucrați prin tehnici de imprimare 3D. Efortul mai larg combină materiale proiectate molecular cu fabricația aditivă pentru a dezvolta dispozitive funcționale, inclusiv detectori de radiații cu structuri personalizate și tehnologii care ar putea fi fabricate în spațiu.
Laboratorul lui Schlenoff, specializat în chimia polimerilor și a suprafețelor, a examinat modul în care reticualizarea a schimbat proprietățile peliculelor subțiri de OMHH, inclusiv interacțiunea suprafețelor cu apa. Analiza a ajutat echipa să înțeleagă mai bine modul în care reticualizarea afectează durabilitatea peliculelor.
„Dezvoltarea de materiale noi poate schimba ce tehnologii sunt posibile”, a spus Ma. „Materialele reticulate pe care le-am creat oferă o fundație interesantă pentru dezvoltări viitoare. Ne imaginăm să aplicăm cercetarea noastră pentru a crea formulări imprimabile de OMHH care pot fi depuse în modele personalizate și structuri 3D, apoi reticulate pentru a stabiliza acele structuri. Acest lucru ne-ar putea permite să fabricăm detectori de radiații și alte tehnologii cu structuri personalizate sau complexe pentru aplicații specifice.”
Rezultatele au fost publicate în revista Advanced Functional Materials.
