The authors gratefully acknowledge financial support from the Belgian Federal government (Belspo through the IAP VI/27 and IAP-7/05 programs), the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013 under grant agreement no. 310651 SACS), the Flemish government in the form of long-term structural funding "Methusalem" grant METH/08/04 CASAS, the "Strategisch Initiatief Materialen" SoPPoM program, and the Fund for Scientific Research Flanders (FWO) grant G.0349.12. W.B. gratefully acknowledge the chemistry department of the KU Leuven for a FLOF-scholarship. The authors thank UOP Antwerp for the kind donation of zeolite samples and the mechanical workshop of the KU Leuven for helping with the design and construction of the heating/vacuum cell used in this study.

Achtung: Die eingesetzten Chemikalien und Reagenzien, die in diesem Bericht verwendeten Daten wurden mit Sorgfalt behandelt die entsprechenden Schutzvorrichtungen verwendet (Laborkittel, Handschuhe, Schutzbrille, Abzugshauben). Diese Studie befasst sich mit der Manipulation von mikroporösen anorganischen Materialien (Zeolithe mit Größen von 1 bis 5 Mikrometer), daher besonderes Augenmerk auf die Verwendung von adäquater Staubschutz (Staubmasken) gerichtet war. Wir empfehlen, die Anhörung der betreffenden Sicherheitsdaten (MSDS) der Chemikalien und in dieser Arbeit vor für die richtige Manipulation Gebrauch eingesetzt Reagenzien und / oder Entsorgung. 1. Zeolith Vorbehandlung <ol><li> Zur Vorbehandlung HINWEIS: Vorbehandlung des Zeolith-Materialien vor dem Gebrauch Verunreinigungen, wie organische Verunreinigungen zu entfernen, dass die Silberclusterbildung und Lumineszenz behindern könnten. <ol><li> Man wiegt 10 g handelsüblichem LTA (Na) Zeolithe (Handels LTA Zeolithe enthalten Natrium als Gegenausgleich Ionen in ihren Rahmen) und Depositzen sie homogen auf einer Porzellanschale. </li><li> Erhitzen Sie das Zeolithpulver über Nacht in einem Muffelofen bei 450 ° C unter Verwendung einer Temperaturrampe von 5 ° C / min mit Intervallen von 1 Stunde bei 80 ° C und 110 ° C zu Zeolithstruktur Schäden zu vermeiden. </li><li> Entfernen Sie das Zeolith-Material aus dem Ofen und lassen Sie es unter Umgebungsbedingungen auf Raumtemperatur abkühlen lassen. </li></ol></li><li> Größe Auswahl von Zeolith-Teilchen ANMERKUNG: Dies wird eine gleichmäßige Korngrößenverteilung der Ausgangs Zeolithmaterialien, die für die Schaffung eines homogenen Film zu erzeugen. Dieser Schritt entfernt auch große amorphe Partikel, die in industriell hergestellten Zeolithe häufig vorhanden sind. <ol><li> Man wiegt 10 g handelsüblichem LTA (Na) und unterbrechen sie in 1 l entsalztem Wasser. </li><li> Beschallen die Suspension 1 h kräftig die Suspension mit der Hand alle 10 min schütteln. </li><li> Gießen der Suspension in einem Atterberg Zylinder (1 l) für 30 min. Teilchen, die kleiner als 10 um in der Größein der Schwebe bleiben, aber auch größere Teilchen ausfallen. </li><li> Dekantiert die Suspension und erholen sich das Pulver durch Filtration einen Büchner-Trichter. Waschen Sie das gewonnene Pulver dreimal mit entionisiertem Wasser. </li><li> Wärmebehandlung des Pulvers, wie in Schritt 1.1.2 beschrieben. </li></ol></li></ol> 2. Herstellung von Leucht LTA (Na) -Ag Zeolith Composites <ol><li> Synthese von Leucht Silber ausgetauscht LTA Zeolith [LTA (Na) -Ag] als Referenzmaterial <ol><li> Man löst 74,8 mg Silbernitrat in 200 ml entsalztem Wasser in einem 250 ml-Polypropylen mit hoher Dichte (HDPE) Flasche. </li><li> Wiegen 1 g des vorbehandelten LTA (Na) Probe und suspendieren sie in der Silbernitratlösung. </li><li> Lassen Sie das HDPE Kolben über Nacht in einem End-Over-End-Schüttler Ofen bei Raumtemperatur gerührt wurde. </li><li> Filtern Sie die Suspension mit einem Büchner-Trichter und wäscht das Zeolithpulver 3 mal mit VE-Wasser. </li><li> Erhitzen Sie das gewonnene Pulver in einem Muffelofen bei 450 ° C, nach dem gleichen Verfahren wie in Schritt 1.1.2 beschrieben. </li><li> Kühlen Sie die Probe nach unten und legen Sie sie in einem Exsikkator mit kontrollierter Feuchtigkeit (98% relative Luftfeuchtigkeit). Kontrollieren Sie die relative Luftfeuchtigkeit durch eine gesättigte Kaliumsulfatlösung in den Exsikkator setzen. 15 </li><li> Messen Sie die Anregungs- und Emissionsspektren der Proben (bei verschiedenen Wellenlängen) ein Spektrofluorometer sowie deren externe Quantenwirkungsgrade verwenden. <ol><li> Messung der zweidimensionalen Anregungsemission Stücke, indem die Probe in einem 1 mm Weg Quarzküvette platzieren. Sammeln Emissionsspektren 30 nm über der Anregungsstart Wellenlänge bis zu 800 nm unter Verwendung von 5 nm-Schritten und einer Verweilzeit von 0,1 sec. </li><li> Anwenden Korrekturen mit Hilfe der Gerätesoftware für die Lampenintensität und der wellenlängenabhängigen Detektion des Emissionspfad zu den Rohdaten. Darüber hinaus verwenden einen langen Passfilter zweiter Ordnung Spitzen in den zweidimensionalen Plots zu vermeiden. </li><li> Führen Quanten efficiparenz Messungen durch eine integrierende Kugel an den Spectrofluorometer angebracht werden. 16 Die Bilanz der Emissions Scan von 240 nm bis 600 nm sowohl für die Zeolith - Probe und BaSO 4 Referenz 260 nm als Anregungswellenlänge verwendet, und dann die Quanteneffizienz - Software unter Verwendung des Instruments zu berechnen. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Herstellung von Leucht [LTA (Li) Ag] Zeolith Composites <ol><li> Synthese von teilweise ausgetauschten Zeolith LTA Lithium [LTA (Li)] Hinweis: Das Verfahren zur Herstellung von teilweise ausgetauschten LTA (Li) Zeolithen , gefolgt von dem Bericht von Yahiro angepasst wurde und Mitarbeiter 17. <ol><li> Man löst 17,2 g Lithiumnitrat in 2,5 l entsalztem Wasser. </li><li> Pour 0.5 L der Lithiumnitratlösung in einen 1 L Kolben, HDPE. </li><li> Wiegen 3 g vorbehandelter LTA (Na) Zeolith und suspendieren sie in dem HDPE Kolben die Lithiumnitratlösung enthält. </li><li> Man schüttelt man den Kolben mit einem Ende-over-End-Schüttler Ofen bei Raumtemperatur über Nacht. </li><li> Filtern Sie die Suspension mit einem Büchner-Trichter und wäscht das zurückgewonnene Pulver 3 mal mit VE-Wasser. </li><li> Führen Sie Lithium-Austausch <ol><li> Mit 0,5 l frischem Lithiumnitratlösung (3.1.1) in einen 1-L-Kolben HDPE des rückgewonnenen Pulvers aus dem Filtrationsschritt enthält, (3.1.5). </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.1.4 und 3.1.5. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.1.6.1 und 3.1.6.2 weitere 4 mal. </li></ol></li><li> Wiederherstellen der Zeolithpulver und erhitzen Sie es in einem Muffelofen bei 450 ° C über Nacht eine Temperaturrampe von 5 ° C / min mit Intervallen von 1 Stunde unter Verwendung von bei 80 ° C und 110 ° C. </li></ol></li><li> Synthese von lumineszenten [LTA (Li) -Ag] Zeolithen <ol><li> Man löst 74,8 mg Silbernitrat in 200 ml entsalztem Wasser eine 250 ml HDPE-Flasche mit. </li><li> Wiegen 1 g der teilweise ausgetauschten Zeolith LTA Lithium [LTA (Li)] und suspendieren sie in der Silbernitratlösung (3.2.1). </li><li> Rühre die HDPE flfragen über Nacht eine End-over-end shaker Ofen bei Raumtemperatur verwendet wird. </li><li> Filtern Sie die Suspension mit einem Büchner-Trichter und wäscht das zurückgewonnene Zeolithpulver 3 mal mit VE-Wasser. </li><li> Wärmezubehandeln das Pulver in einem Muffelofen bei 450 ° C über Nacht eine Temperaturrampe von 5 ° C / min unter Verwendung von mit Abständen von 1 h bei 80 ° C und 110 ° C. </li><li> Abkühlen der Probe unter kontrollierten Feuchtigkeitsbedingungen mit einem Exsikkator eine gesättigte Kaliumsulfatlösung innen (98% relative Luftfeuchtigkeit) enthält. 15 </li><li> Messen Sie die Anregungs- und Emissionsspektren der Proben sowie deren externe Quantenwirkungsgrade nach dem Verfahren beschrieben in Schritt 2.1.7. </li><li> Führen Sie thermogravimetrische Analyse (TGA) , um den Wassergehalt in der Probe bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen. 1 Kurz gesagt, stellen 30 bis 50 mg des so hergestellten Probe auf einer Platinprobenhalter und laden Sie es in die TGA - Gerät. Messen Sie den Gewichtsverlust von 50° C bis 600 ° C mit einer Heizrate von 5 ° C / min unter einem Stickstoffstrom (90 ml / min). </li></ol></li></ol> 4. Herstellung eines LTA (Li) Ag / Polyethylenimin (PEI) Composite-abgeschiedener Film für die Feuchtemessanwendungen Hinweis: Die Abscheidungsverfahren in diesem Bericht verwendet wurde, modifiziert und von Referenz 18 angepasst. <ol><li> LTA (Li) -Ag kolloidale Suspension Vorbereitung. <ol><li> Verdünne 1 ml der handelsüblichen 50 wt% PEI-Lösung auf 100 ml mit entionisiertem Wasser. </li><li> Wiegen 250 mg des lumineszenten LTA (Li) -Ag Material. </li><li> Mischen Sie die Zeolith und PEI-Lösung zusammen in einem 125 ml HDPE-Flasche und schütteln Sie die Suspension kräftig. </li><li> Stellen Sie die Flasche in einem 40 kHz Ultraschallbad bei Raumtemperatur über Nacht, um eine homogene Suspension zu erhalten. </li><li> Gießen Sie die LTA (Li) Ag / PEI-Suspension in eine Sprühflasche. </li></ol></li><li> Die Abscheidung einer LTA (Li) Ag / PEI-Film auf eine Quarzplatte für Sensor Prototype Produktion. <ol><li> Reinigen einer Quarzplatte, indem sie es mit entionisiertem Wasser und Aceton nacheinander vor der Filmabscheidung zu spülen. Trocknen Sie die saubere Platten in einem Ofen bei 80 ° C für 1 Stunde. </li><li> Spray Beschichtung der Quarzplatte auf der einen Seite, durch die Quarzplatte horizontal auf einem leeren Blatt aus Aluminiumfolie legen und Spritzen dreimal (3 sec jedes Mal) aus einer Entfernung von etwa 20 cm. Legen Sie die beschichtete Platte in einem Trockenschrank bei 50 ° C für 30 min. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 4.2.2 weitere 4-mal, bis der Film gleichmäßig ist. </li></ol></li><li> Hydratation / Dehydratation des Sensors Prototyps. <ol><li> Legen Sie die beschichtete Quarzplatte in den Probenraum eines im Haus Heizung / Vakuumzelle. 5 </li><li> Schließen Sie die Probenkammer der Zelle durch eine saubere Quarzplatte mit einem Gummiring in Kombination Platzierung auf der Oberseite der beschichteten Platte und versiegeln Sie die Zelle mit einem Teflon - Stopfen und Schrauben , wie in Abbildung 2 dargestellt. </li><li> Bewerben Hochvakuum unsing einen Druck von weniger als 10 -3 mbar, in die Zelle über Nacht, um die Probe zu entwässern. </li><li> Visuell überwachen, um eine UV-Lampe die Emissionsfarbe ändert (im sichtbaren Bereich) des abgeschiedenen Films durch Verwendung. </li><li> Öffnen der Probenkammer die Emissionsfarbe ändert, im sichtbaren Bereich, bei der Rehydratisierung des Films unter Verwendung einer UV-Lampe zu überwachen. </li><li> Wiederholen Sie die Zyklus mehrmals ab Schritt 4.3.2 bis 4.3.5 der Reversibilität des LTA (Li) -Ag / PEI-Film zu testen. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>De Cremer, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+Fluorescence+in+Heat-Treated+Silver-Exchanged+Zeolites.">Characterization of Fluorescence in Heat-Treated Silver-Exchanged Zeolites.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 3049-3056 (2009).</li><li>De Cremer, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Encoding+of+Silver+Zeolite+Microcarriers.">Optical Encoding of Silver Zeolite Microcarriers.</a> Adv. 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C. 3, 11857-11867 (2015).</li><li>Seifert, R., Kunzmann, A., Calzaferri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Yellow+Color+of+Silver-Containing+Zeolite.">The Yellow Color of Silver-Containing Zeolite.</a> A. Angew. Chem. Int. Ed. 37, 1522-1524 (1998).</li><li>Seifert, R., Calzaferri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colors+of+Ag+-Exchanged+Zeolite+A.">Colors of Ag+-Exchanged Zeolite A.</a> J. Phys. Chem. A. 104, 7473-7483 (2000).</li><li>Sazama, P., Jirglova, H., Dedecek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ag-ZSM-5+Zeolite+as+High-Temperature+Water-Vapor+Sensor+Material.">Ag-ZSM-5 Zeolite as High-Temperature Water-Vapor Sensor Material.</a> Mat. 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Actuator. 10, 379-398 (1986).</li><li>International Organization of Legal Metrology. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Scale of Relative Humidity of Air Certified Against Saturated Salt Solutions. , (1996).</li><li>Coutino-Gonzalez, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+and+Optimization+of+the+Luminescent+External+Quantum+Efficiency+of+Silver-Clusters+Zeolite+Composites.">Determination and Optimization of the Luminescent External Quantum Efficiency of Silver-Clusters Zeolite Composites.</a> J. Phys. Chem. C. 117, 6998-7004 (2013).</li><li>Yahiro, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EPR+Study+on+NO+Introduced+into+Lithium+Ion-Exchanged+LTA+Zeolites.">EPR Study on NO Introduced into Lithium Ion-Exchanged LTA Zeolites.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 4, 4255-4259 (2002).</li><li>Shelyakina, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Zeolite+Influence+on+Analytical+Characteristics+of+Urea+Biosensor+Based+on+Ion-Selective+Field-Effect+Transistors.">Study of Zeolite Influence on Analytical Characteristics of Urea Biosensor Based on Ion-Selective Field-Effect Transistors.</a> Nanoscale Res. Lett. 9, 124 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

A simple device to demonstrate the proof of concept of using LTA(Li)-Ag as a luminescence based humidity sensor was produced by spray coating the LTA(Li)-Ag powder suspended in a PEI solution onto a quartz plate. The PEI solution produces a polymer layer with homogenous thickness when the water is evaporated. The polymer-zeolite composite layer displays similar luminescent properties as that of the zeolite in powder form. The PEI/LTA(Li)-Ag zeolite composite displays the expected water-responsive luminescent properties, whose emission color changes upon variations in the water content present in the composite at relatively low humidity scale. 
Replacing Na with Li ions in LTA zeolites (calculated exchange rate 33%) has a notable impact on the self-assembly and stabilization of luminescent silver clusters in the LTA(Li) scaffolds leading to unique optical properties. The EQE of LTA(Li)-Ag as compared to LTA(Na)-Ag samples is enhanced by more than one order of magnitude. Moreover, the emission colors displayed by the LTA(Li)-Ag samples have a water-dependence, providing a potential application of the samples as luminescence based humidity sensors. 
We have thus demonstrated an easy method to fabricate a luminescent film-like humidity sensor through which changes in hydration levels can be visually monitored simply by using a UV lamp. The availability of the raw materials, the direct visualization of the color changes correlated with humidity content, the photo-stability of the films, and the relative ease of fabricating cost-effective devices make these luminescent materials potential candidates to compete with state-of-the-art humidity sensors based upon electrical responses. The procedure described in this report could also be applied and extended to different substrates, at different micro and macro scales, to make the sensor more flexible. Additionally, several critical steps during the fabrication of Ag-zeolites, which play an important role in determining the final optical properties of such materials, were discussed in this protocol. For instance, the pre-cleaning of the raw zeolite material leads to the removal of optical and chemical impurities, as well as to homogenous zeolite crystal size distribution. This is crucial for the incorporation of zeolites into functional devices. One limitation of the present methodology is the restriction on the use of thin film sensors beyond 75 &#176;C. This is mainly due to the decomposition of the PEI polymer, rather than to the degradation of the LTA(Li)-Ag zeolites, which can withstand up to 500 &#176;C. The use of heat-resistant polymers, such as polyvinyl alcohol, could expand the temperature range up to 200 &#176;C. We expect that further investigations will be directed to the development of methodologies for the synthesis of nanostructured Ag-zeolite composites with (multi)functional properties and finally to the design of advanced sensor prototypes.

Kleine Sub-Nanometer oligoatomic Silbercluster durch Selbstorganisation in geschlossenen Zeolith Matrizen zeigen einzigartigen optischen Eigenschaften gebildet. 1-5 Solche Silber-Zeolith - Komposite hohe chemische und photoStabilität aufweisen. Jedoch sind ihre Photolumineszenz-Eigenschaften stark abhängig von der lokalen Umgebung der Silbercluster. Die Umweltbedingungen, die die optischen Eigenschaften in Silber-Zeolith-Komposite beeinflussen können in intrinsische und extrinsische Eigenschaften unterteilt werden. Intrinsischen Eigenschaften werden dem Zeolith Topologie bezogen, der Art des Gegenausgleichs Ionen und der Silberbeladung. 1 Auf der anderen Seite, extrinsische Eigenschaften sind auf die post-synthetische Veränderungen verbunden, wie das Vorhandensein von Adsorbaten oder Wassermoleküle in der Zeolith - Hohlräume. 3,4 letztere Eigenschaften verleihen zu Silber-Zeolith - Komposite die Fähigkeit , auf äußere Reize zu reagieren optisch, wie Schwankungen der Feuchtigkeit innerhalb der Zeolith - Gerüst 6-8 </sup&gt; oder das Vorhandensein von bestimmt Gase; daher ihre Verwendung als Wasserdampf und Gassensoren vorgeschlagen. 9,10 In einer neueren Studie zeigten wir , dass die optische Reaktion des Ag-Zeolithe gegenüber Feuchtigkeit nur auf Änderungen in der Absorption oder Quenching ihrer Emission korreliert ist, sondern auch zum Auftreten verschiedener Emissionsfarben hinsichtlich ihres Wassergehalts. 5 ist die Stabilisierungs Silbercluster in teilweise Li ausgetauscht LTA Zeolithen zur Bildung eines feuchtigkeits ansprechendem Material in dem in dem relativ geringen Feuchtigkeitsmaßstabsänderungen führten, wurden in einer dynamischen Farbwechsel von einem blau zu grün / gelbe Emission in dehydriert und hydratisierten Proben reflektiert bzw. . Daher ist die Verwendung dieser Materialien als Lumineszenz basierende Feuchtesensoren vorgeschlagen. Bisher wurden verschiedene Arten von Materialien, wie Elektrolyte, Keramiken, Polymere und Verbundwerkstoffe nanostrukturiertem wurden zur Überwachung von Änderungen in der Feuchtigkeit b vorgeschlagenenased an elektrischen und optischen Reaktionen. 11,12 In dieser detaillierten Protokoll wollen wir einen Proof-of-Concept für die Anwendung von LTA (Li) -Ag Zeolithe als Feuchtigkeitssensoren und für die weitere Prototypen Entwicklungen zu demonstrieren. Aufgrund der Vielseitigkeit der LTA (Li) -Ag Zeolithe in verschiedene Substrate eingearbeitet werden, deren Potential Skalierbarkeit und kostengünstige Fertigung, kann der Prototyp - Design erleichtert werden. Solche Sensoren 13 potentielle Anwendbarkeit in verschiedenen Industriezweigen haben könnte, wie in Landwirtschaft, sowie der Automobil- und Papierindustrie. 14

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="833">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:268px;">LTA(Na) zeolite</td>
			<td style="width:169px;">UOP</td>
			<td style="width:167px;">Molsiv adsorbent 4A</td>
			<td style="width:229px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Silver nitrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>209139</td>
			<td>&#8805;99,0%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lithium nitrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>62574</td>
			<td>&#8805;99,0%, calc. on dry substances</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Polyethyleneimine solution</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>3880</td>
			<td>~50% H2O</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Scanning electron microscope (SEM)</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JSM-6010LV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Thermogravimetric analyzer</td>
			<td>TA instruments</td>
			<td>Q500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Spectrofluorimeter</td>
			<td>Edinburgh instruments</td>
			<td>FLS980-s</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Integrating sphere</td>
			<td>Labsphere</td>
			<td>4P-GPS-033-SL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

nanostructured ag-zeolite composites as luminescence-based humidity sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

REM-Aufnahmen der LTA-Ag-Zeolith wurden nach dem Kationenaustausch und Wärmebehandlungsschritt aufgezeichnet. Anschließend wird die Photolumineszenz zweidimensionale (2D) Anregungs- / Emissions Parzellen wurden sowohl für die hydratisierte LTA (Na) -Ag und LTA (Li) -Ag Zeolithen (Figur 1) gemessen. Die Elementaranalyse wurde durch XPS durchgeführt, auf die Ag-Zeolithen ausgetauscht ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Die Analyse zeigt, dass Silber Austausch auf LTA (Na) und LTA (Li) Zeolithe mit einem Silbergewichtsanteil von 19,6 Gew% und 21,5 Gew% sehr nahe sind. Der Gewichtsunterschied Prozentsatz könnte zum unteren Atomgewicht von Li-Atome zugeschrieben werden. Weiterhin sind die Elementaranalyse zeigte auch, dass nach dem Li-Austausch 33% Na ersetzt wird. Der Kationenaustausch und anschließende Wärmebehandlungsschritt an den Proben durchgeführt, scheinen nicht die Struktur der LTA Kristalle zu beeinflussen, wie durch SEM gezeigt. Darüber hinaus ist die Bildung größerer Silber nanoparticles auf der Oberfläche der Zeolithkristalle wurde nicht sichtbar gemacht. Die lumineszente Eigenschaften unterscheiden sich weitgehend zwischen den beiden LTA (Li) Ag und LTA (Na) -Ag Proben in ihrem hydratisierten Zustand. Durch den Einbau von Lithium in das Zeolithgerüst als Gegenausgleichendes Kation, eine Blauverschiebung in dem Anregungsmaximum tritt von 370 nm bis 260 nm, für LTA (Na) -Ag und LTA (Li) -Ag, respectively. Im Gegensatz erfährt das Emissionsmaximum einen kleinen Rotverschiebung 550-565 nm von Li in das System hinzugefügt wird. Der größte Unterschied zwischen diesen Proben ist in ihrer externen Quanteneffizienzen (EQE) beobachtet. LTA (Na) -Ag Zeolithe besitzen eine EQE von etwa 4% an ihrem Anregungsmaximum (370 nm), wohingegen die EQE für LTA (Li) -Ag Zeolithen erreicht 62% (wenn bei 260 nm angeregt wird). Dies führt zu einem hellen gelben emittierenden Pulver unter 254 nm UV-Beleuchtung. Die Lumineszenzeigenschaften des LTA (Li) -Ag Probe sind auch abhängig von dem Wassergehalt derSystem. Dies wurde durch eine Kombination von TGA und temperaturabhängige Lumineszenz Versuche gezeigt, korreliert TGA Temperatur auf Hydratisierungsgrad des Zeolithen. Zusätzlich wurde die Temperatur indirekt mit der Emissionsfarbe durch die LTA (Li) -Ag Probe angezeigt durch ein haus Heizzelle (Abbildung 2). Die Emissionsfarbe verschiebt sich von gelb über grün bis blau, wenn Wasser aus dem LTA (Li) -Ag System zu entfernen. Die EEP sinkt stetig von 62% (hydratisierten Zustand) bis 21% (dehydrierten Zustand). Wegen der Wasser-responsive Verhalten von LTA (Li) -Ag wurde dieses Material verwendet, um eine Lumineszenz-basierten Feuchtigkeitssensor Prototyp herzustellen, indem das Pulver in eine PEI-Lösung suspendiert und anschließend auf eine Quarzplatte Beschichtung des Verbund besprühen. Bilder (unter Tageslicht und UV - Beleuchtung) und REM - Aufnahmen der sprühbeschichtet LTA (Li) -Ag / PEI - Film sind in Abbildung 3 dargestellt. Wir haben beobachtet , dass durch usi<html> ng dieses Beschichtungsverfahren wird eine relativ homogene Schicht des Polymer-Zeolith-Komposit wurde in Hinblick auf die Lumineszenz erhalten. Die REM-Aufnahme zeigt, daß die Zeolithkristalle nicht durch das Beschichtungsverfahren verändert. Durch die Verwendung demonstriert ein internes Heizen / Vakuumzelle war es auch, dass das Polymer-Zeolithfilm die wasserreaktions Eigenschaften behält, die in dem Zeolith in Pulverform wurden beobachtet. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54674/54674fig1.jpg" /> Abbildung 1: REM - Aufnahmen und lumineszenten Eigenschaften von Silber ausgetauschten Zeolithen LTA REM - Aufnahmen und 2D Anregungsemissionsgrund LTA (Na) -Ag (a, b) und LTA (Li) -Ag (c, d).. Die Einschübe in den 2D-Anregung-Emissions Plots zeigen die simulierte Emissionsfarben der Proben unter verschiedenen Anregungswellenlängen (254, 300, 366 und 450 nm).<html> OAD / 54674 / 54674fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54674/54674fig2.jpg" /> Abbildung 2: Wirkung von Wässerungsgrades auf den lumineszenten Eigenschaften von LTA (Li) Ag. a) Schematische Darstellung der hauseigenen Heizung / Vakuumzelle in dieser Studie verwendet b) TGA - Plot für die LTA (Li) -Ag Probe c) normalisierte Emissionsspektren (bei 260 nm Anregung) des LTA (Li).. - ag Probe bei verschiedenen Temperaturen gemessen. d) Schema der Emissionsfarbwechsel von realen Proben in Bezug auf den Wassergehalt anzeigt. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54674/54674fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54674/54674fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> ftp_upload / 54674 / 54674fig3.jpg &quot;/&gt; Abbildung 3: Leuchtfeuchtigkeitssensor basierend auf einem LTA (Li) -Ag / PEI - Verbund. a) Fotografien der beschichteten Platte unter Tageslichtbeleuchtung. (B, c) Abbildung des dehydratisierten und hydrierten beschichtete Platte unter 254 nm UV-Licht - Bestrahlung, respectively. D) REM - Aufnahme des abgeschiedenen Films die Verteilung von LTA (Li) -Ag Kristalle auf der Quarzoberfläche zeigt. Der Einschub zeigt eine Vergrößerung eines ausgewählten Bereichs der ursprünglichen REM - Aufnahme. E) Emissionsmaxima des hydratisierten und dehydratisierten PEI / LTA (Li) -Ag - Zeolith - Verbund, während 10 Hydratation / Dehydratation Zyklen 260 nm als Anregungswellenlänge. F) Plot der Emissionsmaxima Profile Verhalten des PEI / LTA (Li) Ag - Zeolith - Verbund nach 10 Hydratisierung / Dehydratisierung Zyklen angezeigt werden . <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54674/54674fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54674/54674fig3large.jpg" target="_blank">um vi</a>ew eine größere Version dieser Figur.

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Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Nanostrukturierte Ag-Zeolith-Komposite als Lumineszenz-basierte Feuchtigkeitssensoren

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

nanostructured-ag-zeolite-composites-as-luminescence-based-humidity

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

10.1K Aufrufe.  KU Leuven. A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Serie: Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

Entwicklung von Whispering Gallery-Modus polymeren Mikro-optische Electric Field Sensoren

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Forschung

Ingenieurwesen

A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs and condition-based maintenance. These materials are adopted in a wide range of engineering applications, from aircraft and ship structures, to bridges, wind turbine blades, biomaterials and biomedical implants. Polymers are viscoelastic materials, and their response may be highly nonlinear and thus make it challenging to predict and monitor their in-service performance. The laboratory-scale testing platform presented herein assists the investigation of the influence of concurrent mechanical loadings and environmental conditions on these materials. The platform was designed to be low-cost and user-friendly. Its chemically resistant materials make the platform adaptable to studies of chemical degradation due to in-service exposure to fluids. An example of experiment was conducted at RT on closed-cell polyurethane foam samples loaded with a weight corresponding to ~50% of their ultimate static and dry load. Results show that the testing apparatus is appropriate for these studies. Results also highlight the larger vulnerability of the polymer under concurrent loading, based on the higher mid-point displacements and lower residual failure loads. Recommendations are made for additional improvements to the testing apparatus.

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites in service is a critical aspect for their designs and condition-based maintenance. We present a novel low-cost laboratory testing platform for the investigation of the influence of concurrent mechanical and environmental loadings, and may help design more efficient yet safer composite structures.

Eine Testplattform in Haltbarkeit Studien von Polymeren und faserverstärkten Polymerverbundwerkstoffe unter Concurrent Hygrothermogeber mechanischen Stimuli

The durability of polymers and fiber-reinforced polymer composites under service condition is a critical aspect to be addressed for their robust designs ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Vorbereitung und Reaktivität von Gaslose Nanostrukturierte Energetische Materialien

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie Detektion von Biomolekülen Mit EBL Fabricated nanostrukturierte Substrate

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

Herstellung und Auswertung der Hybrid Composites der chemischen Treibstoff und mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren in das Studium der Thermokraft Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Iridium Oxide-reduced Graphene Oxide Nanohybrid Thin Film Modified Screen-printed Electrodes as Disposable Electrochemical Paper Microfluidic pH Sensors

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use integrated paper microfluidic electrochemical pH sensor for resource-limited settings. Taking advantages from both pH meters and strips, the pH sensing platform is composed of hydrophobic barrier-patterned paper micropad (&#181;PAD) using polydimethylsiloxane (PDMS), screen-printed electrode (SPE) modified with IrO2-graphene films and molded acrylonitrile butadiene styrene (ABS) plastic holder. Repetitive cathodic potential cycling was employed for graphene oxide (GO) reduction which can completely remove electrochemically unstable oxygenated groups and generate a 2D defect-free homogeneous graphene thin film with excellent stability and electronic properties. A uniform and smooth IrO2 film in nanoscale grain size is anodically electrodeposited onto the graphene film, without any observable cracks. The resulting IrO2-RGO electrode showed slightly super-Nernstian responses from pH 2-12 in Britton-Robinson (B-R) buffers with good linearity, small hysteresis, low response time and reproducibility in different buffers, as well as low sensitivities to different interfering ionic species and dissolved oxygen. A simple portable digital pH meter is fabricated, whose signal is measured with a multimeter, using high input-impedance operational amplifier and consumer batteries. The pH values measured with the portable electrochemical paper-microfluidic pH sensors were consistent with those measured using a commercial laboratory pH meter with a glass electrode.

The study demonstrates the growth of iridium oxide-reduced graphene oxide (IrO2-RGO) nanohybrid thin films on irregular and rough screen-printed carbon substrate through a green electrochemical synthesis, and their implementation as a pH sensor with a patterned paper-fluidic platform.

Iridium-Oxid-reduziertem Graphenoxid Nanohybrid- Thin Film Modified Siebdruck Elektroden als Einweg-Elektro Papier Mikrofluidik pH-Sensoren

A facile, controllable, inexpensive and green electrochemical synthesis of IrO2-graphene nanohybrid thin films is developed to fabricate an easy-to-use ...

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Ultraschallschweißen von thermoplastischen Verbund Coupons für Mechanische Charakterisierung von Schweißverbindungen durch Einzelüberlappungsscherprüfung

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists chiefly of velocity and temperature readings, both ideally having high spatial and temporal resolution to facilitate rigorous code validation. While high resolution velocity data is readily obtained through optical measurement techniques such as particle image velocimetry, it has proven difficult to obtain temperature data with similar resolution. Traditional sensors such as thermocouples cannot fill this role, but the recent development of distributed sensing based on Rayleigh scattering and swept-wave interferometry offers resolution suitable for CFD code validation work. Thousands of temperature measurements can be generated along a single thin optical fiber at hundreds of Hertz. Sensors function over large temperature ranges and within opaque fluids where optical techniques are unsuitable. But this type of sensor is sensitive to strain and humidity as well as temperature and so accuracy is affected by handling, vibration, and shifts in relative humidity. Such behavior is quite unlike traditional sensors and so unconventional installation and operating procedures are necessary to ensure accurate measurements. This paper demonstrates implementation of a Rayleigh scattering-type distributed temperature sensor in a thermal mixing experiment involving two air jets at 25 and 45 &#176;C. We present criteria to guide selection of optical fiber for the sensor and describe installation setup for a jet mixing experiment. We illustrate sensor baselining, which links readings to an absolute temperature standard, and discuss practical issues such as errors due to flow-induced vibration. This material can aid those interested in temperature measurements having high data density and bandwidth for fluid dynamics experiments and similar applications. We highlight pitfalls specific to these sensors for consideration in experiment design and operation.

We demonstrate use of a fiber optic distributed sensor for mapping the temperature field of mixing air jets. The Rayleigh scattering-based sensor generates thousands of data points along a single fiber to provide exceptional spatial resolution that is unattainable with traditional sensors such as thermocouples.

Temperaturfeldzuordnung Glasfaser verteilten Sensoren für hochauflösendes

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Advanced Compositional Analysis of Nanoparticle-polymer Composites Using Direct Fluorescence Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise composition of these materials is essential, especially in the design of surface catalysts, where the surface concentration of the active component determines the activity of the material. Antimicrobial materials which utilize nanoparticles are a particular focus of this technology. Recently swell encapsulation has emerged as a technique for inserting antimicrobial nanoparticles into a host polymer matrix. Swell encapsulation provides the advantage of localizing the incorporation to the external surfaces of materials, which act as the active sites of these materials. However, quantification of this nanoparticle uptake is challenging. Previous studies explore the link between antimicrobial activity and surface concentration of the active component, but this is not directly visualized. Here we show a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of CdSe/ZnS nanoparticles can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging. Using this method, we can quantify the uptake of nanoparticles via swell encapsulation and measure the surface concentration of encapsulated particles, which is key in optimizing the activity of functional materials.

Here we present a reliable method to monitor the incorporation of nanoparticles into a polymer host matrix via swell encapsulation. We show that the surface concentration of cadmium selenide quantum dots can be accurately visualized through cross-sectional fluorescence imaging.

Erweiterte Analyse der Zusammensetzung von Nanopartikel-Polymer Composites mittels direkter Fluoreszenz-Imaging

The fabrication of polymer-nanoparticle composites is extremely important in the development of many functional materials. Identifying the precise ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...