【文章概述】
探测亚毫米尺度的局部温度是一个重要的挑战,其中涉及许多领域,如微电子学,光子学及生物学工程。目前,在宏观尺度上的热成像是由成熟的红外成像技术完成。但是空间分辨率本质上受红外波长的限制,进入微尺度成像就变得非常复杂。此外,目前使用的方法需要昂贵的仪器,其中一种直接的方法是使用热敏探针。基于温度依赖性荧光变化,发展的荧光探针被成功地用作微和纳米温度计,但它们的合成往往具有挑战性和多步骤。此外,它们可能存在稳定性问题,它们的使用仅限于非荧光支持或环境。由于这些原因,开发替代材料作为无标记热探针是热测量领域的挑战。
【成果简介】
索邦大学Marco Faustini团队开发了一种低成本、绿色和高通量、可扩展的喷雾干燥工艺制备基于自组装胶体粒子的MOF光子球,将光子MOFs的应用范围扩展到局部热和光热传感。在蒸汽存在的情况下,MOF光子球作为局部的,无标记的温度探测器。与其他热探头相比,这些材料的温度检测范围可以按需调整。这项工作有望激发光子MOFs物理特性的新研究,为器件制造提供新的可能性。
【图文导图】
图1 MOF光子球的形态。
(a)喷雾干燥MOF光子球自组装方案及各种光子球的SEM照片。
(b)ZIF-8光子球总体图(ϕ=242 nm)。
(c-d)单个ZIF-8光子球(ϕ = 206 nm和ϕ=242 nm)。
(e)显示有序粒子的ZIF-8光子球的近距离图(ϕ=184 nm)。
(f)ZIF-8/PVA光子球的总体图(ϕ=275 nm)。
(g)单个ZIF-8/PVA光子球(ϕ=275 nm)。
(i)单个ZIF-67光子球(ϕ = 205 nm),
(j)底层有序自组装的近视图。
图2 MOF光子球的X射线纳米形貌。
(a)X射线纳米断层摄影装置示意图。
(b)ZIF-8光子球重建体的3D渲染视图。
(c)ZIF-8光子球三维体积的垂直切片。
图3不同颜色的ZIF-8光子球。
(a-b)照片和OM图像。
(c)ZIF-8光子球的三种颜色(蓝色、绿色和红色)的反射光谱,其中ϕ = 184、206和242 nm,光子波段中心分别为476、533和624nm。
图4 ZIF-8光子球的光学特性。
(a)高光谱显微镜图(左)、具有代表性的高光谱图(右)和ZIF-8光子球的SEM图像。
(b) ZIF-8光子球10倍放大后的高光谱图像,左为14个光子球(PhB1至PhB14),右为PhB1至PhB14放大后的图像及其对应的反射光谱;
(c) ZIF-8光子球在恒定EtOH气氛(P/P0 = 0.25)下随温度25 ~ 50℃变化的反射光谱。
(d)通过ZIF-8光子球光子带在P/P0 = 0.25、0.65和0.90处的位移得到的EtOH解吸等压线。
图5热探测实验。
(a)实验设置方案。
(b)样品感兴趣区域的高光谱图像(底部)和PhB_p1、PhB_p2、PhB_p3、PhB_p4四种光子探针放大图像(顶部)。
(c)固定Δλ时四种光子探针的P/P0值与相应温度的相关性研究。
(d)四个光子探测器到激光辐照区域中心的距离的温度值,较小的点代表指数衰减拟合。
(e)样品感兴趣区域的高光谱和OM图像叠加,显示激光辐照区域(上)及其对应的二维(下)和三维(右)热图。
【奇材馆点评】
本研究作者首次为我们展示通过一种成本效益高、可扩展的喷雾干燥工艺制备基于自组装胶体粒子的MOF光子球。通过调整胶体结构块的大小,可制备出三种不同结构颜色的光子球。该方案也可用于其他材料体系的合成。令人兴奋的是通过这项研究,作者引入了一种基于微孔热诱导蒸汽吸附的无标记温度探测的新概念。在酒精蒸汽存在的情况下,MOF光子球可以作为热或光热探测器来绘制局部热梯度。通过这种方法,可以通过控制环境中的蒸汽压来按需调节检测的温度范围。该方法是光子MOFs不以化学传感为目标应用的第一个实例。这种方法可以应用于其他多孔材料或其他蒸汽分子,并有望推广到其他光学方法,以提高热/空间分辨率。除此之外,MOF光子球的未来可以在局部化学传感、油漆或防伪的智能光子颜料等领域大放光彩。
【论文信息】
Metal–Organic Framework Photonic Balls: Single Object Analysis for Local Thermal Probing |
Advanced Materials:(IF= 27.002) |
Pub Date :2021.09.05 |
https://doi.org/10.1002/adma.202104450 |
Civan Avci, Maria Letizia De Marco, Caroline Byun, Jonathan Perrin, Mario Scheel, Cédric Boissière, and Marco Faustini* |
Laboratoire Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP) Sorbonne Université–CNRS Paris F-75005, France |
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