اشعه ماوراء بنفش مواد تشخیص دهنده تشعشع را در فیلم های بادوام و مقاوم در برابر آب قفل می کند

توسط کارولین کریستنسن، دانشگاه ایالتی فلوریدا

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان دانشگاه ایالتی فلوریدا روشی را ابداع کرده‌اند تا دسته‌ای از مواد را قوی‌تر و به طور بالقوه آسان‌تر برای دستگاه‌های تشخیص تشعشع پیشرفته، از جمله دستگاه‌هایی که در تصویربرداری پزشکی و پرتودرمانی و همچنین فناوری‌های فضایی استفاده می‌شوند، ساختند.

تقریبا یک دهه پیش، پروفسور شیمی و بیوشیمی FSU، Biwu Ma و آزمایشگاه او پیشگام تحقیق در مورد هیبریدهای آلی متال هالید آلی کم‌بعد یا OMHH بودند و از آن زمان ساختار، خواص و کاربردهای مواد را در طیف وسیعی از فناوری‌ها و صنایع گسترش دادند.

اکنون، با همکاری Robert O. Lawton، پروفسور شیمی و بیوشیمی، جوزف شلنوف و استاد برجسته مهندسی شیمی و بیوشیمی 3M، Subramanian Ramakrishnan، تیم تکنیک جدیدی را برای تثبیت مواد و گسترش پتانسیل آنها برای کاربردهای عملی ایجاد کرده است.

یافته های مشترک آنها در Advanced Functional Materials منتشر شد.

Ma گفت: "با استفاده از تکنیکی به نام اتصال عرضی، ما OMHH ها را قبل از قفل کردن آنها به شکل بادوام تر شکل می دهیم."

"یک مثال آشنا لاستیک در تایرهای خودرو است. اتصال عرضی لاستیک را به ماده ای بسیار قوی تر و بادوام تبدیل می کند که قادر به تحمل شرایط سخت است. شیمی ما متفاوت است، اما ایده اساسی مشابه است: اتصال اجزای مولکولی منفرد به یک شبکه می تواند به طور چشمگیری استحکام فیزیکی و پایداری یک ماده را بهبود بخشد."

OMHH ها اجزای آلی و معدنی را ترکیب می کنند که خواص نوری، الکتریکی و مغناطیسی آنها را می توان از طریق طراحی مولکولی تنظیم کرد. محققان این مواد را برای فناوری‌هایی از LED و سلول‌های خورشیدی گرفته تا آشکارسازهای پرتو ایکس و سوسوزن‌های مستقیم - موادی که پرتوهای ایکس یا سایر تشعشعات پرانرژی را به نور مرئی تبدیل می‌کنند، طراحی می‌کنند.

علیرغم تطبیق پذیری آنها، برخی از OMHH ها برای تبدیل شدن به ساختارهای پایدار و بادوام می توانند چالش برانگیز باشند، زیرا می توانند در معرض آب یا حلال های قطبی معمولی حل شوند یا تجزیه شوند.

در این مطالعه، Ma و تیمش OMHH های صفر بعدی یا 0D را توسعه دادند که در آن واحدهای متال هالید منفرد از یکدیگر جدا می شوند و گروه های واکنشی را مستقیما در اجزای آلی 0D OMHH ادغام کردند. پس از اینکه مواد به صورت محلول در یک فیلم پردازش شدند، قرار گرفتن در معرض نور UV این اجزا را به یک شبکه کووالانسی متصل کرد که واحدهای متال هالید جدا شده را در جای خود قفل کرد.

این ترکیب مهمی از پردازش پذیری قبل از اتصال عرضی و استحکام پس از آن، در حالی که خواص مفید مواد را حفظ می کند، فراهم می کند. در آزمایش، فیلم‌های بدون اتصال متقابل به سرعت در آب و سایر حلال‌ها حل می‌شوند، در حالی که فیلم‌های متقابل پس از قرار گرفتن در معرض طولانی‌مدت دست نخورده باقی می‌مانند.

Ma گفت: "یک ماده ممکن است به عنوان یک نمونه آزمایشگاهی کوچک عملکرد خوبی داشته باشد، اما برنامه های کاربردی در دنیای واقعی نیاز به ساخت قابل تکرار، پایداری طولانی مدت، ادغام با سایر اجزا و هزینه و عملکرد رقابتی دارند."

"تحقیقات ما به طور فزاینده ای نه تنها بر کشف موادی با خواص بهتر، بلکه بر چگونگی پردازش، تثبیت، تولید و ادغام آن مواد در دستگاه های عملی نیز متمرکز است. استراتژی پیوند متقابل گام مهمی در این مسیر است زیرا به فرآیند پذیری و پایداری در سطح طراحی مولکولی می پردازد."

دانشجویان فارغ التحصیل نقش مهمی در پیشبرد پژوهش داشتند. Tunde Shonde، دانشجوی سابق دکترا در گروه Ma و دانشمند فعلی در BASF، بزرگترین تولید کننده مواد شیمیایی جهان، آزمایش های اولیه ای را انجام داد که امکان اتصال عرضی 0D OMHHs را مشخص کرد.

ساحل مسلمی، دانشجوی سال سوم دکترا و نویسنده اول مطالعه، مطالب را بیشتر توسعه داد و بسیاری از کارهای تجربی و شخصیت پردازی را رهبری کرد.

راماکریشنان و تیمش در کالج مهندسی FAMU-FSU با گروه Ma همکاری می کنند تا چگونگی پردازش OMHH ها را در نهایت با استفاده از تکنیک های چاپ سه بعدی بررسی کنند. تلاش گسترده‌تر، مواد مهندسی مولکولی را با تولید افزودنی ترکیب می‌کند تا دستگاه‌های کاربردی، از جمله آشکارسازهای تشعشع با ساختارها و فن‌آوری‌های سفارشی‌سازی شده را که در نهایت می‌توانند در فضا ساخته شوند، توسعه دهد.

شلنوف و آزمایشگاهش که تحقیقاتشان شامل پلیمر و شیمی سطحی است، بررسی کردند که چگونه اتصال عرضی خواص لایه‌های نازک OMHH، از جمله نحوه تعامل سطوح آنها با آب را تغییر داد. تجزیه و تحلیل آنها به تیم کمک کرد تا درک بهتری داشته باشند که چگونه اتصال عرضی بر دوام فیلم ها تأثیر می گذارد.

Ma گفت: «توسعه مواد جدید می تواند فناوری های ممکن را تغییر دهد. "مواد قابل اتصال متقابلی که ما ایجاد کردیم، پایه جالبی برای پیشرفت‌های آینده فراهم می‌کند. ما تصور می‌کنیم که تحقیقات خود را برای ایجاد فرمول‌های قابل چاپ از OMHH ها به کار ببریم که می‌توانند در الگوهای سفارشی و ساختارهای سه‌بعدی سپرده شوند و سپس برای تثبیت آن ساختارها پیوند متقابل ایجاد کنند.

این می تواند به ما اجازه دهد که آشکارسازهای تشعشع و سایر فناوری ها را با ساختارهای سفارشی یا پیچیده برای کاربردهای خاص بسازیم.

ساحل مسلمی و همکاران، هیبریدهای متال هالید آلی صفر بعدی متقاطع برای فیلم های نامحلول و مقاوم، مواد عملکردی پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/adfm.78188

اطلاعات مجله: Advanced Functional Materials

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →