07 Mart 2024 (Nanowerk Gündemi) Sürdürülebilir ve çok işlevli malzeme arayışında ahşap, sağlamlık, dayanıklılık ve yenilenebilirliğin benzersiz kombinasyonu nedeniyle birincil aday olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, arzu edilen pek çok özelliğine rağmen, ahşabın opaklığı uzun süredir engelleniyor ve enerji tasarruflu binalar, güneş pilleri ve ışık yayan cihazlar gibi alanlardaki potansiyel uygulamaları sınırlanıyor. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için araştırmacılar, mekanik bütünlüğünü korurken ahşabı şeffaf hale getirmek için çeşitli stratejiler geliştirdiler; bu, tipik olarak ışığı emen lignin bileşeninin çıkarılmasını ve bunun şeffaf bir polimer matrisle değiştirilmesini içeren bir işlemdir. Şeffaf ahşabın kendisi önemli bir ilerlemeyi temsil etse de, ona oda sıcaklığında fosforesans gibi ek işlevler kazandırma yeteneği hala bir zorluk olmaya devam ediyor. Uyarma kaynağı kaldırıldıktan sonra da devam eden ışık emisyonu olan oda sıcaklığında fosforesans, acil durum tabelaları, sahteciliğe karşı etiketler ve dekoratif aydınlatma dahil olmak üzere çok sayıda potansiyel uygulamaya sahiptir. Ancak bu fenomeni sergileyen malzemelerin çoğu pahalı, toksik ve işlenmesi zor olabilen inorganik veya organometalik bileşiklerdir. Öte yandan organik bileşikler, sistemler arası verimsiz geçiş ve ışınımsız bozunma yolları nedeniyle sıklıkla zayıf emisyon ve kısa ömürden muzdariptir. Bu sınırlamaları ele almak amacıyla araştırmacılar, kristal mühendisliği, konak-konuk kompleksi ve polimer matris kapsülleme gibi organik malzemelerin oda sıcaklığında fosforesansını arttırmak için çeşitli stratejiler araştırdılar. Bu yaklaşımlar umut verici sonuçlar vermiş olsa da, genellikle karmaşık sentezler, moleküler düzenleme üzerinde hassas kontrol veya pahalı ve nadir metal iyonlarının kullanımını gerektirir. Üstelik bu fosforlu malzemelerin pratik, büyük ölçekli uygulamalara entegrasyonu önemli bir zorluk olmaya devam ediyor. Alanında son gelişmeler organik elektronik verimli ve stabil organik fosforların tasarımı ve sentezi konusunda yeni bilgiler sağladı. Özellikle, ağır atomlara veya karbonil gruplarına sahip sert, π-konjuge yapıların kullanımının sistemler arası geçişi arttırdığı ve ışınımsız bozunmayı azalttığı gösterilmiştir. Ek olarak, bu fosforların yüksek cam geçiş sıcaklıklarına ve düşük oksijen geçirgenliğine sahip polimer matrislere dahil edilmesinin, ortam koşulları altında stabilitelerini ve performanslarını arttırdığı bulunmuştur. Bu gelişmelere dayanarak, Pekin Ormancılık Üniversitesi ve Güney Çin Teknoloji Üniversitesi'nden bir araştırmacı ekibi, organik fosforları şeffaf ahşaba başarılı bir şekilde entegre ederek, ayarlanabilir, uzun ömürlü yeni bir sürdürülebilir, çok işlevli malzeme sınıfı yaratarak ileriye doğru önemli bir adım attı. oda sıcaklığında fosforesans. Arilboronik asitlerin ahşap yapı içindeki selüloz liflerine ve polivinil alkol matrisine kovalent bağlanmasını içeren yenilikçi yaklaşımları, yalnızca önceki organik fosforların sınırlamalarının üstesinden gelmekle kalmıyor, aynı zamanda ahşap malzemenin optik ve mekanik performansını arttırmak için ahşabın benzersiz özelliklerinden de yararlanıyor. ortaya çıkan malzeme.
Oda sıcaklığında fosforesans şeffaf ahşabın (PTW) şematik gösterimi. a) Farklı arilboronik asitlerin PTW'lerinin ve kimyasal yapılarının hazırlanması. b) Çok renkli akıllı gün batımı sonrası kızıllık pencerelerinin, beyaz ışık sonrası parlaklığa sahip zaman gecikmeli aydınlatma panellerinin ve çeşitli PTW'lerden yapılmış esnek renkli gecikmeli aydınlatma panellerinin fotoğrafları. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Araştırma şu tarihte yayınlanmıştır: Küçük Yapılar (“Zaman Gecikmeli Aydınlatma için Mekanik Sağlam Şeffaf Ahşaptan Beyaz Akşam Işığı da dahil olmak üzere Renkli Oda Sıcaklığında Fosforesans”).
Bu yaklaşımın başarısının anahtarı, arilboronik asitlerin bor atomları ile polivinil alkol ve selüloz liflerinin oksijen atomları arasında kovalent bağların oluşmasında yatmaktadır. Bu BO bağları iki kritik fonksiyona hizmet eder: fosforesan molekülleri ahşap yapıya tutturur, zamanla sızmalarını önler ve moleküler hareketleri baskılayan ve fosforesanstan sorumlu üçlü eksitonları stabilize eden sert ve yoğun bir hidrojen bağları ağı oluşturur. Araştırmacılar, bifenil, fenantren ve piren gibi farklı π-konjuge yapılara sahip arilboronik asitleri dikkatli bir şekilde seçerek, ömürleri 0.21 ila 2.13 saniye arasında değişen fosforesansın rengine maviden yeşile ve kırmızıya ince ayar yapabildiler.
Bu yöntemle üretilen şeffaf ahşap numuneleri dikkat çekici optik ve mekanik özellikler sergiledi. Geçirgenlik değerleri %90'a ulaşarak malzemeyi son derece şeffaf hale getirirken, çekme mukavemetleri çoğu polimer ve plastikten çok daha üstün olan 154 MPa'ya ulaştı. Optik netlik ve mekanik sağlamlığın bu birleşimi, enerji tasarruflu pencereler, güneş pilleri ve esnek ekranlar gibi hem şeffaflık hem de güç gerektiren uygulamalarda ahşap bazlı malzemelerin kullanımına yönelik yeni olanaklar açtığından önemli bir atılımdır.
Bu çalışmanın bir diğer etkileyici başarısı, mavi ışık yayan şeffaf bir ahşap örneğinin az miktarda kırmızı yayan boya rodamin 6G ile katkılanmasıyla beyaz ışık fosforesansının üretilmesiydi. Förster rezonans enerji transferi (FRET) olarak bilinen bir süreç aracılığıyla, arilboronik asit donörünün üçlü eksitonları, enerjilerini rodamin 6G akseptörünün tekli uyarılmış durumuna verimli bir şekilde aktardı ve sonuçta beyaz ve kırmızı renkte görünen dengeli bir mavi ve kırmızı emisyon karışımı elde edildi. göz. Bu beyaz ışık yayan şeffaf ahşabın 1.85 saniyelik fosforesans ömrü ve standart beyaz ışığa yakın bir renk koordinatı vardı; bu da onu katı hal aydınlatma ve ekranlardaki uygulamalar için özellikle çekici kılıyordu.
Fosforlu şeffaf ahşabın pratik potansiyelini göstermek için araştırmacılar, gün boyunca güneş ışığına maruz kaldıktan sonra ortam aydınlatması sağlayabilen akıllı pencereler, acil durum işaretleri olarak işlev görebilecek zaman gecikmeli aydınlatma panelleri de dahil olmak üzere çeşitli konsept kanıtlayıcı cihazlar ürettiler. veya dekoratif unsurlar ve uyarı kaynağı kaldırıldığında gizli desenleri ortaya çıkaran sahteciliğe karşı etiketler. Bu gösteriler, malzemenin çok yönlülüğünü ve yapı malzemelerinden tüketim mallarına kadar çok çeşitli ürün ve sistemlere entegre edilme potansiyelini vurguluyor.
Fosforlu şeffaf ahşabın geliştirilmesi önemli bir kilometre taşını temsil ederken, performansını daha da artırmak ve uygulanabilirliğini genişletmek için hala çözülmesi gereken bazı zorluklar var. Örneğin, fosforesansın verimliliğini ve parlaklığını arttırmak, kullanım ömrünü daha da uzatmak ve emisyon renkleri ile renk karıştırma stratejilerini genişletmek, malzemeyi pratik uygulamalar için daha da çekici hale getirebilir. Ek olarak, fosforlu şeffaf ahşabın yüksek nem, aşırı sıcaklıklar ve UV'ye maruz kalma gibi farklı çevresel koşullar altında uzun vadeli stabilitesi ve performansının, dayanıklılığını ve güvenilirliğini sağlamak için dikkatle değerlendirilmesi gerekir.
Bu zorluklara rağmen, Pekin Ormancılık Üniversitesi ve Güney Çin Teknoloji Üniversitesi ekibinin çalışması, sürdürülebilir, yüksek performanslı ve çok işlevli teknolojilere yönelik artan talebi karşılamak için ahşap bazlı malzemelerin büyük potansiyelini ortaya koyuyor. Ahşabın doğal avantajlarını gelişmiş kimyasal ve fiziksel işlevlerle birleştiren araştırmacılar, yaşama, çalışma ve iletişim şeklimizi değiştirebilecek yeni nesil akıllı, çevre dostu ve çok yönlü malzemelerin önünü açıyor.
Bu alandaki araştırmalar ilerlemeye devam ettikçe yakın gelecekte daha da heyecan verici gelişmeler görmeyi bekleyebiliriz. Fosforlu şeffaf ahşabın güneş pilleri, sensörler ve elektronik cihazlar gibi diğer gelişen teknolojilerle entegrasyonu, doğa ve teknoloji arasındaki sınırları bulanıklaştıran gerçek anlamda çok işlevli, enerji tasarruflu ve akıllı malzemelerin yaratılmasına yol açabilir. Bu yeniliklerin mimariden ulaşıma, sağlıktan eğlenceye kadar pek çok alanda yaratacağı potansiyel etki çok büyük ve insanoğlunun binlerce yıldır kullandığı bir malzeme olan ahşabın bizi hâlâ pek çok sürprizle beklediği ortada.
Fosforlu şeffaf ahşabın geliştirilmesi, sürdürülebilir ve çok işlevli malzemeler alanında önemli bir atılımı temsil etmektedir. Ahşabın benzersiz özelliklerinden yararlanarak ve bunları gelişmiş optik işlevselliklerle birleştirerek araştırmacılar, her iki dünyanın en iyilerini birleştiren yeni bir malzeme sınıfı yarattılar: Ahşabın gücü, dayanıklılığı ve sürdürülebilirliği ile organik malzemenin şeffaflığı, fosforesansı ve ayarlanabilirliği fosforlar.
Hala ele alınması gereken zorluklar olsa da, bu teknolojinin potansiyel uygulamaları, enerji tasarruflu binalardan akıllı pencerelere, esnek ekranlardan sahteciliğe karşı etiketlere kadar çok geniş ve heyecan vericidir.
Oda sıcaklığında fosforesans şeffaf ahşabın (PTW) şematik gösterimi. a) Farklı arilboronik asitlerin PTW'lerinin ve kimyasal yapılarının hazırlanması. b) Çok renkli akıllı gün batımı sonrası kızıllık pencerelerinin, beyaz ışık sonrası parlaklığa sahip zaman gecikmeli aydınlatma panellerinin ve çeşitli PTW'lerden yapılmış esnek renkli gecikmeli aydınlatma panellerinin fotoğrafları. (Wiley-VCH Verlag'ın izniyle yeniden basılmıştır) Araştırma şu tarihte yayınlanmıştır: Küçük Yapılar (“Zaman Gecikmeli Aydınlatma için Mekanik Sağlam Şeffaf Ahşaptan Beyaz Akşam Işığı da dahil olmak üzere Renkli Oda Sıcaklığında Fosforesans”).
Bu yaklaşımın başarısının anahtarı, arilboronik asitlerin bor atomları ile polivinil alkol ve selüloz liflerinin oksijen atomları arasında kovalent bağların oluşmasında yatmaktadır. Bu BO bağları iki kritik fonksiyona hizmet eder: fosforesan molekülleri ahşap yapıya tutturur, zamanla sızmalarını önler ve moleküler hareketleri baskılayan ve fosforesanstan sorumlu üçlü eksitonları stabilize eden sert ve yoğun bir hidrojen bağları ağı oluşturur. Araştırmacılar, bifenil, fenantren ve piren gibi farklı π-konjuge yapılara sahip arilboronik asitleri dikkatli bir şekilde seçerek, ömürleri 0.21 ila 2.13 saniye arasında değişen fosforesansın rengine maviden yeşile ve kırmızıya ince ayar yapabildiler.
Bu yöntemle üretilen şeffaf ahşap numuneleri dikkat çekici optik ve mekanik özellikler sergiledi. Geçirgenlik değerleri %90'a ulaşarak malzemeyi son derece şeffaf hale getirirken, çekme mukavemetleri çoğu polimer ve plastikten çok daha üstün olan 154 MPa'ya ulaştı. Optik netlik ve mekanik sağlamlığın bu birleşimi, enerji tasarruflu pencereler, güneş pilleri ve esnek ekranlar gibi hem şeffaflık hem de güç gerektiren uygulamalarda ahşap bazlı malzemelerin kullanımına yönelik yeni olanaklar açtığından önemli bir atılımdır.
Bu çalışmanın bir diğer etkileyici başarısı, mavi ışık yayan şeffaf bir ahşap örneğinin az miktarda kırmızı yayan boya rodamin 6G ile katkılanmasıyla beyaz ışık fosforesansının üretilmesiydi. Förster rezonans enerji transferi (FRET) olarak bilinen bir süreç aracılığıyla, arilboronik asit donörünün üçlü eksitonları, enerjilerini rodamin 6G akseptörünün tekli uyarılmış durumuna verimli bir şekilde aktardı ve sonuçta beyaz ve kırmızı renkte görünen dengeli bir mavi ve kırmızı emisyon karışımı elde edildi. göz. Bu beyaz ışık yayan şeffaf ahşabın 1.85 saniyelik fosforesans ömrü ve standart beyaz ışığa yakın bir renk koordinatı vardı; bu da onu katı hal aydınlatma ve ekranlardaki uygulamalar için özellikle çekici kılıyordu.
Fosforlu şeffaf ahşabın pratik potansiyelini göstermek için araştırmacılar, gün boyunca güneş ışığına maruz kaldıktan sonra ortam aydınlatması sağlayabilen akıllı pencereler, acil durum işaretleri olarak işlev görebilecek zaman gecikmeli aydınlatma panelleri de dahil olmak üzere çeşitli konsept kanıtlayıcı cihazlar ürettiler. veya dekoratif unsurlar ve uyarı kaynağı kaldırıldığında gizli desenleri ortaya çıkaran sahteciliğe karşı etiketler. Bu gösteriler, malzemenin çok yönlülüğünü ve yapı malzemelerinden tüketim mallarına kadar çok çeşitli ürün ve sistemlere entegre edilme potansiyelini vurguluyor.
Fosforlu şeffaf ahşabın geliştirilmesi önemli bir kilometre taşını temsil ederken, performansını daha da artırmak ve uygulanabilirliğini genişletmek için hala çözülmesi gereken bazı zorluklar var. Örneğin, fosforesansın verimliliğini ve parlaklığını arttırmak, kullanım ömrünü daha da uzatmak ve emisyon renkleri ile renk karıştırma stratejilerini genişletmek, malzemeyi pratik uygulamalar için daha da çekici hale getirebilir. Ek olarak, fosforlu şeffaf ahşabın yüksek nem, aşırı sıcaklıklar ve UV'ye maruz kalma gibi farklı çevresel koşullar altında uzun vadeli stabilitesi ve performansının, dayanıklılığını ve güvenilirliğini sağlamak için dikkatle değerlendirilmesi gerekir.
Bu zorluklara rağmen, Pekin Ormancılık Üniversitesi ve Güney Çin Teknoloji Üniversitesi ekibinin çalışması, sürdürülebilir, yüksek performanslı ve çok işlevli teknolojilere yönelik artan talebi karşılamak için ahşap bazlı malzemelerin büyük potansiyelini ortaya koyuyor. Ahşabın doğal avantajlarını gelişmiş kimyasal ve fiziksel işlevlerle birleştiren araştırmacılar, yaşama, çalışma ve iletişim şeklimizi değiştirebilecek yeni nesil akıllı, çevre dostu ve çok yönlü malzemelerin önünü açıyor.
Bu alandaki araştırmalar ilerlemeye devam ettikçe yakın gelecekte daha da heyecan verici gelişmeler görmeyi bekleyebiliriz. Fosforlu şeffaf ahşabın güneş pilleri, sensörler ve elektronik cihazlar gibi diğer gelişen teknolojilerle entegrasyonu, doğa ve teknoloji arasındaki sınırları bulanıklaştıran gerçek anlamda çok işlevli, enerji tasarruflu ve akıllı malzemelerin yaratılmasına yol açabilir. Bu yeniliklerin mimariden ulaşıma, sağlıktan eğlenceye kadar pek çok alanda yaratacağı potansiyel etki çok büyük ve insanoğlunun binlerce yıldır kullandığı bir malzeme olan ahşabın bizi hâlâ pek çok sürprizle beklediği ortada.
Fosforlu şeffaf ahşabın geliştirilmesi, sürdürülebilir ve çok işlevli malzemeler alanında önemli bir atılımı temsil etmektedir. Ahşabın benzersiz özelliklerinden yararlanarak ve bunları gelişmiş optik işlevselliklerle birleştirerek araştırmacılar, her iki dünyanın en iyilerini birleştiren yeni bir malzeme sınıfı yarattılar: Ahşabın gücü, dayanıklılığı ve sürdürülebilirliği ile organik malzemenin şeffaflığı, fosforesansı ve ayarlanabilirliği fosforlar.
Hala ele alınması gereken zorluklar olsa da, bu teknolojinin potansiyel uygulamaları, enerji tasarruflu binalardan akıllı pencerelere, esnek ekranlardan sahteciliğe karşı etiketlere kadar çok geniş ve heyecan vericidir.
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64810.php
