07 مارس 2024 (أضواء Nanowerk) في إطار البحث عن مواد مستدامة ومتعددة الوظائف، برز الخشب كمرشح رئيسي بسبب مزيجه الفريد من القوة والمتانة والتجديد. ومع ذلك، على الرغم من خصائصه المرغوبة العديدة، فقد عانى الخشب منذ فترة طويلة بسبب عتامة الخشب، مما يحد من تطبيقاته المحتملة في مجالات مثل المباني الموفرة للطاقة، والخلايا الشمسية، والأجهزة التي ينبعث منها الضوء. للتغلب على هذا القيد، طور الباحثون استراتيجيات مختلفة لجعل الخشب شفافًا مع الحفاظ على سلامته الميكانيكية، وهي عملية تتضمن عادةً إزالة مكون اللجنين الممتص للضوء واستبداله بمصفوفة بوليمر شفافة. في حين أن الخشب الشفاف بحد ذاته يمثل تقدمًا كبيرًا، إلا أن القدرة على إضفاء وظائف إضافية عليه، مثل التألق في درجة حرارة الغرفة، ظلت تمثل تحديًا. إن التفسفر في درجة حرارة الغرفة، وهو انبعاث الضوء الذي يستمر بعد إزالة مصدر الإثارة، له العديد من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك لافتات الطوارئ، وملصقات مكافحة التزييف، والإضاءة الزخرفية. ومع ذلك، فإن معظم المواد التي تظهر هذه الظاهرة هي مركبات غير عضوية أو معدنية عضوية، والتي يمكن أن تكون باهظة الثمن، وسامة، وصعبة المعالجة. من ناحية أخرى، غالبًا ما تعاني المركبات العضوية من انبعاث ضعيف وعمر قصير بسبب التقاطع غير الفعال بين الأنظمة ومسارات الاضمحلال غير الإشعاعي. وفي محاولة لمعالجة هذه القيود، اكتشف الباحثون استراتيجيات مختلفة لتعزيز التفسفر في درجة حرارة الغرفة للمواد العضوية، مثل هندسة البلورات، وتعقيد المضيف والضيف، وتغليف مصفوفة البوليمر. في حين أن هذه الأساليب قد أسفرت عن نتائج واعدة، فإنها غالبا ما تتطلب توليفًا معقدًا، أو تحكمًا دقيقًا في الترتيب الجزيئي، أو استخدام أيونات معدنية باهظة الثمن ونادرة. علاوة على ذلك، ظل دمج هذه المواد الفوسفورية في التطبيقات العملية واسعة النطاق يمثل تحديًا كبيرًا. التطورات الحديثة في مجال الالكترونيات العضوية قدمت رؤى جديدة في تصميم وتوليف الفوسفور العضوي الفعال والمستقر. على وجه الخصوص، تبين أن استخدام الهياكل الصلبة المترافقة مع ذرات ثقيلة أو مجموعات كربونيل يعزز التقاطع بين الأنظمة ويقلل من الاضمحلال غير الإشعاعي. بالإضافة إلى ذلك، وجد أن دمج هذه الفوسفورات في مصفوفات بوليمر ذات درجات حرارة عالية للتزجج ونفاذية منخفضة للأكسجين يؤدي إلى تحسين استقرارها وأدائها في ظل الظروف المحيطة. بناءً على هذه التطورات، اتخذ فريق من الباحثين من جامعة بكين للغابات وجامعة جنوب الصين للتكنولوجيا الآن خطوة مهمة إلى الأمام من خلال دمج الفوسفور العضوي بنجاح في الخشب الشفاف، مما أدى إلى إنشاء فئة جديدة من المواد المستدامة ومتعددة الوظائف ذات العمر الطويل والقابل للضبط. فسفورية في درجة حرارة الغرفة. نهجهم المبتكر، الذي يتضمن الترابط التساهمي لأحماض الأريلبورونيك مع ألياف السليلوز ومصفوفة كحول البولي فينيل داخل الهيكل الخشبي، لا يتغلب فقط على قيود الفوسفورات العضوية السابقة ولكنه يستفيد أيضًا من الخصائص الفريدة للخشب لتعزيز الأداء البصري والميكانيكي للخشب. المادة الناتجة.
رسم توضيحي تخطيطي للخشب الشفاف المتفسفر في درجة حرارة الغرفة (PTW). أ) إعداد PTWs والتركيبات الكيميائية للأحماض الأريلبورونيك المختلفة. ب) صور فوتوغرافية لنوافذ شفق ذكية متعددة الألوان، وألواح إضاءة تأخير الوقت مع شفق أبيض، وألواح إضاءة تأخير ملونة مرنة مصنوعة من PTWs المختلفة. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) وقد تم نشر البحث في الهياكل الصغيرة ("فوسفور ملون في درجة حرارة الغرفة بما في ذلك الشفق الأبيض من الخشب الشفاف الميكانيكي القوي للإضاءة المؤجلة للوقت").
يكمن مفتاح نجاح هذا النهج في تكوين روابط تساهمية بين ذرات البورون في أحماض الأريلبورونيك وذرات الأكسجين في كحول البولي فينيل وألياف السليلوز. تؤدي روابط BO هذه وظيفتين مهمتين: فهي تثبت الجزيئات الفسفورية في بنية الخشب، وتمنعها من التسرب بمرور الوقت، كما أنها تخلق شبكة صلبة وكثيفة من الروابط الهيدروجينية التي تثبط الحركات الجزيئية وتثبت الإكسيتونات الثلاثية المسؤولة عن الفسفور. من خلال اختيار أحماض الأريلبورونيك بعناية مع هياكل مختلفة مترافقة، مثل ثنائي الفينيل والفينانثرين والبيرين، تمكن الباحثون من ضبط لون التفسفر من الأزرق إلى الأخضر إلى الأحمر، مع عمر يتراوح من 0.21 إلى 2.13 ثانية.
أظهرت عينات الخشب الشفاف المنتجة بهذه الطريقة خصائص بصرية وميكانيكية رائعة. وصلت قيم النفاذية إلى 90%، مما يجعل المادة شفافة للغاية، في حين وصلت قوة الشد إلى 154 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير تلك الموجودة في معظم البوليمرات والمواد البلاستيكية. يعد هذا المزيج من الوضوح البصري والمتانة الميكانيكية إنجازًا كبيرًا، لأنه يفتح إمكانيات جديدة لاستخدام المواد الخشبية في التطبيقات التي تتطلب الشفافية والقوة، مثل النوافذ الموفرة للطاقة، والخلايا الشمسية، وشاشات العرض المرنة.
كان الإنجاز المثير للإعجاب الآخر لهذا العمل هو توليد فسفرة الضوء الأبيض عن طريق تطعيم عينة خشبية شفافة ينبعث منها اللون الأزرق بكمية صغيرة من صبغة رودامين 6G التي ينبعث منها اللون الأحمر. من خلال عملية تعرف باسم نقل طاقة الرنين فورستر (FRET)، قامت الإكسيتونات الثلاثية للمانح لحمض الأريلبورونيك بنقل طاقتها بكفاءة إلى الحالة المثارة المفردة لمستقبل الرودامين 6G، مما أدى إلى مزيج متوازن من الانبعاثات الزرقاء والحمراء التي ظهرت باللون الأبيض. العين. يتمتع هذا الخشب الشفاف الذي ينبعث منه الضوء الأبيض بعمر فسفوري يصل إلى 1.85 ثانية وتنسيق لوني قريب من الضوء الأبيض القياسي، مما يجعله جذابًا بشكل خاص للتطبيقات في الإضاءة وشاشات العرض ذات الحالة الصلبة.
ولإثبات الإمكانات العملية لخشبهم الشفاف الفسفوري، قام الباحثون بتصنيع العديد من أجهزة إثبات المفهوم، بما في ذلك النوافذ الذكية التي يمكن أن توفر الإضاءة المحيطة بعد تعرضها لأشعة الشمس خلال النهار، ولوحات الإضاءة ذات التأخير الزمني التي يمكن أن تكون بمثابة إشارات الطوارئ. أو العناصر الزخرفية، وملصقات مكافحة التزييف التي تكشف عن الأنماط المخفية عند إزالة مصدر الإثارة. تسلط هذه العروض التوضيحية الضوء على تنوع المادة وإمكانية دمجها في مجموعة واسعة من المنتجات والأنظمة، بدءًا من مواد البناء وحتى السلع الاستهلاكية.
في حين أن تطوير الخشب الشفاف الفسفوري يمثل معلمًا هامًا، إلا أنه لا تزال هناك بعض التحديات التي تحتاج إلى معالجة لزيادة تعزيز أدائه وتوسيع نطاق تطبيقه. على سبيل المثال، تحسين كفاءة وسطوع الفوسفور، وتمديد العمر بشكل أكبر، وتوسيع نطاق ألوان الانبعاث واستراتيجيات خلط الألوان، يمكن أن يجعل المادة أكثر جاذبية للتطبيقات العملية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم استقرار وأداء الخشب الشفاف الفسفوري على المدى الطويل في ظل ظروف بيئية مختلفة، مثل الرطوبة العالية ودرجات الحرارة القصوى والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، بعناية لضمان متانته وموثوقيته.
على الرغم من هذه التحديات، فإن العمل الذي قام به فريق جامعة بكين للغابات وجامعة جنوب الصين للتكنولوجيا يوضح الإمكانات الهائلة للمواد الخشبية لتلبية الطلب المتزايد على التقنيات المستدامة وعالية الأداء ومتعددة الوظائف. ومن خلال الجمع بين المزايا المتأصلة للخشب والوظائف الكيميائية والفيزيائية المتقدمة، يمهد الباحثون الطريق لجيل جديد من المواد الذكية والصديقة للبيئة والمتعددة الاستخدامات التي يمكن أن تغير الطريقة التي نعيش بها ونعمل ونتواصل بها.
ومع استمرار تقدم الأبحاث في هذا المجال، يمكننا أن نتوقع رؤية تطورات أكثر إثارة في المستقبل القريب. إن دمج الخشب الشفاف الفسفوري مع التقنيات الناشئة الأخرى، مثل الخلايا الشمسية، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة الإلكترونية، يمكن أن يؤدي إلى إنشاء مواد ذكية متعددة الوظائف وموفرة للطاقة، والتي تطمس الحدود بين الطبيعة والتكنولوجيا. إن التأثير المحتمل لهذه الابتكارات على مجالات تتراوح من الهندسة المعمارية والنقل إلى الرعاية الصحية والترفيه هائل، ومن الواضح أن الخشب، وهو المادة التي استخدمتها البشرية منذ آلاف السنين، لا يزال يحمل الكثير من المفاجآت في انتظارنا.
يمثل تطوير الخشب الشفاف الفسفوري طفرة كبيرة في مجال المواد المستدامة ومتعددة الوظائف. من خلال الاستفادة من الخصائص الفريدة للخشب ودمجها مع الوظائف البصرية المتقدمة، ابتكر الباحثون فئة جديدة من المواد التي تجمع بين أفضل ما في العالمين: قوة الخشب ومتانته واستدامته مع الشفافية والتألق وقابلية ضبط المواد العضوية. الفوسفور.
وفي حين لا تزال هناك تحديات يتعين معالجتها، فإن التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا واسعة ومثيرة، بدءًا من المباني الموفرة للطاقة والنوافذ الذكية إلى شاشات العرض المرنة وملصقات مكافحة التزييف.
رسم توضيحي تخطيطي للخشب الشفاف المتفسفر في درجة حرارة الغرفة (PTW). أ) إعداد PTWs والتركيبات الكيميائية للأحماض الأريلبورونيك المختلفة. ب) صور فوتوغرافية لنوافذ شفق ذكية متعددة الألوان، وألواح إضاءة تأخير الوقت مع شفق أبيض، وألواح إضاءة تأخير ملونة مرنة مصنوعة من PTWs المختلفة. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) وقد تم نشر البحث في الهياكل الصغيرة ("فوسفور ملون في درجة حرارة الغرفة بما في ذلك الشفق الأبيض من الخشب الشفاف الميكانيكي القوي للإضاءة المؤجلة للوقت").
يكمن مفتاح نجاح هذا النهج في تكوين روابط تساهمية بين ذرات البورون في أحماض الأريلبورونيك وذرات الأكسجين في كحول البولي فينيل وألياف السليلوز. تؤدي روابط BO هذه وظيفتين مهمتين: فهي تثبت الجزيئات الفسفورية في بنية الخشب، وتمنعها من التسرب بمرور الوقت، كما أنها تخلق شبكة صلبة وكثيفة من الروابط الهيدروجينية التي تثبط الحركات الجزيئية وتثبت الإكسيتونات الثلاثية المسؤولة عن الفسفور. من خلال اختيار أحماض الأريلبورونيك بعناية مع هياكل مختلفة مترافقة، مثل ثنائي الفينيل والفينانثرين والبيرين، تمكن الباحثون من ضبط لون التفسفر من الأزرق إلى الأخضر إلى الأحمر، مع عمر يتراوح من 0.21 إلى 2.13 ثانية.
أظهرت عينات الخشب الشفاف المنتجة بهذه الطريقة خصائص بصرية وميكانيكية رائعة. وصلت قيم النفاذية إلى 90%، مما يجعل المادة شفافة للغاية، في حين وصلت قوة الشد إلى 154 ميجا باسكال، وهو ما يتجاوز بكثير تلك الموجودة في معظم البوليمرات والمواد البلاستيكية. يعد هذا المزيج من الوضوح البصري والمتانة الميكانيكية إنجازًا كبيرًا، لأنه يفتح إمكانيات جديدة لاستخدام المواد الخشبية في التطبيقات التي تتطلب الشفافية والقوة، مثل النوافذ الموفرة للطاقة، والخلايا الشمسية، وشاشات العرض المرنة.
كان الإنجاز المثير للإعجاب الآخر لهذا العمل هو توليد فسفرة الضوء الأبيض عن طريق تطعيم عينة خشبية شفافة ينبعث منها اللون الأزرق بكمية صغيرة من صبغة رودامين 6G التي ينبعث منها اللون الأحمر. من خلال عملية تعرف باسم نقل طاقة الرنين فورستر (FRET)، قامت الإكسيتونات الثلاثية للمانح لحمض الأريلبورونيك بنقل طاقتها بكفاءة إلى الحالة المثارة المفردة لمستقبل الرودامين 6G، مما أدى إلى مزيج متوازن من الانبعاثات الزرقاء والحمراء التي ظهرت باللون الأبيض. العين. يتمتع هذا الخشب الشفاف الذي ينبعث منه الضوء الأبيض بعمر فسفوري يصل إلى 1.85 ثانية وتنسيق لوني قريب من الضوء الأبيض القياسي، مما يجعله جذابًا بشكل خاص للتطبيقات في الإضاءة وشاشات العرض ذات الحالة الصلبة.
ولإثبات الإمكانات العملية لخشبهم الشفاف الفسفوري، قام الباحثون بتصنيع العديد من أجهزة إثبات المفهوم، بما في ذلك النوافذ الذكية التي يمكن أن توفر الإضاءة المحيطة بعد تعرضها لأشعة الشمس خلال النهار، ولوحات الإضاءة ذات التأخير الزمني التي يمكن أن تكون بمثابة إشارات الطوارئ. أو العناصر الزخرفية، وملصقات مكافحة التزييف التي تكشف عن الأنماط المخفية عند إزالة مصدر الإثارة. تسلط هذه العروض التوضيحية الضوء على تنوع المادة وإمكانية دمجها في مجموعة واسعة من المنتجات والأنظمة، بدءًا من مواد البناء وحتى السلع الاستهلاكية.
في حين أن تطوير الخشب الشفاف الفسفوري يمثل معلمًا هامًا، إلا أنه لا تزال هناك بعض التحديات التي تحتاج إلى معالجة لزيادة تعزيز أدائه وتوسيع نطاق تطبيقه. على سبيل المثال، تحسين كفاءة وسطوع الفوسفور، وتمديد العمر بشكل أكبر، وتوسيع نطاق ألوان الانبعاث واستراتيجيات خلط الألوان، يمكن أن يجعل المادة أكثر جاذبية للتطبيقات العملية. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم استقرار وأداء الخشب الشفاف الفسفوري على المدى الطويل في ظل ظروف بيئية مختلفة، مثل الرطوبة العالية ودرجات الحرارة القصوى والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، بعناية لضمان متانته وموثوقيته.
على الرغم من هذه التحديات، فإن العمل الذي قام به فريق جامعة بكين للغابات وجامعة جنوب الصين للتكنولوجيا يوضح الإمكانات الهائلة للمواد الخشبية لتلبية الطلب المتزايد على التقنيات المستدامة وعالية الأداء ومتعددة الوظائف. ومن خلال الجمع بين المزايا المتأصلة للخشب والوظائف الكيميائية والفيزيائية المتقدمة، يمهد الباحثون الطريق لجيل جديد من المواد الذكية والصديقة للبيئة والمتعددة الاستخدامات التي يمكن أن تغير الطريقة التي نعيش بها ونعمل ونتواصل بها.
ومع استمرار تقدم الأبحاث في هذا المجال، يمكننا أن نتوقع رؤية تطورات أكثر إثارة في المستقبل القريب. إن دمج الخشب الشفاف الفسفوري مع التقنيات الناشئة الأخرى، مثل الخلايا الشمسية، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة الإلكترونية، يمكن أن يؤدي إلى إنشاء مواد ذكية متعددة الوظائف وموفرة للطاقة، والتي تطمس الحدود بين الطبيعة والتكنولوجيا. إن التأثير المحتمل لهذه الابتكارات على مجالات تتراوح من الهندسة المعمارية والنقل إلى الرعاية الصحية والترفيه هائل، ومن الواضح أن الخشب، وهو المادة التي استخدمتها البشرية منذ آلاف السنين، لا يزال يحمل الكثير من المفاجآت في انتظارنا.
يمثل تطوير الخشب الشفاف الفسفوري طفرة كبيرة في مجال المواد المستدامة ومتعددة الوظائف. من خلال الاستفادة من الخصائص الفريدة للخشب ودمجها مع الوظائف البصرية المتقدمة، ابتكر الباحثون فئة جديدة من المواد التي تجمع بين أفضل ما في العالمين: قوة الخشب ومتانته واستدامته مع الشفافية والتألق وقابلية ضبط المواد العضوية. الفوسفور.
وفي حين لا تزال هناك تحديات يتعين معالجتها، فإن التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا واسعة ومثيرة، بدءًا من المباني الموفرة للطاقة والنوافذ الذكية إلى شاشات العرض المرنة وملصقات مكافحة التزييف.
By
مايكل
بيرجر
- مايكل مؤلف لثلاثة كتب للجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر ©
نانويرك ذ
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64810.php
