Brottslighet, förebyggande av terrorism, miljöövervakning, återanvändbar elektronik, medicinsk diagnostik och livsmedelssäkerhet, är bara några av de långtgående områden där en ny kemisk sensor kan revolutionera framstegen.
Kan känna igen ett stort antal reaktiva ytor, tekniken kan plocka upp små mängder flyktiga organiska föreningar (VOC), såsom aceton. När kemikalien upptäcks förvandlas materialet från blått till grönt.
Fotoniska sensorer är en snabbt växande och snabbt växande global marknad. Oxfords forskning skulle kunna användas för att utveckla fotoniska materialföreningar kända som Metal-Organic Frameworks-sensorer (MOF) till låg kostnad. Detta skulle möjliggöra en mängd nya innovativa applikationer, Inklusive; handhållen medicinsk utrustning för icke-invasiv diagnos och terapi, biosensorer för att skydda mot kemisk förgiftning och livsmedelsförorening. Intelligenta MOF-fotoniska sensorer skulle också kunna användas för att skydda samhället från brott och terrorism. Sannolika tillämpningar sträcker sig från bärbara personliga skyddsanordningar, till teknik för att bekämpa förfalskning, och återanvändbara optikbaserade självlysande sensorer för skydd mot skadliga miljöer, såsom nitrosprängämnen och giftiga gaser.
MOF:er är mycket avstämbara och har beskrivits som "fasta molekylära svampar", med förmågan att suga upp och reagera på ett antal lösningsmedel och gaser. De skapas från mycket porösa ramverk där metallatomer överbryggas av organiska länkmolekyler. De fysikaliska och kemiska egenskaperna hos dessa ramverk kan konstrueras för att tillåta forskare att kontrollera materialets exakta funktionalitet.
I en studie som presenteras i Avancerade material , ingenjörer vid University of Oxford har använt materialföreningar som kallas Metal-Organic Frameworks (MOF) för att utveckla en "fotokemiskt" aktiv avkänningsteknik i nanoskala. Materialet känner av och reagerar på ljus och kemikalier, synligt ändrande färg, beroende på vilket ämne som har upptäckts.
Professor Jin-Chong Tan, som leder Multifunctional Materials &Composites (MMC) Lab vid Department of Engineering vid Oxford University, sa:"Detta nya material har anmärkningsvärda fysikaliska och kemiska egenskaper som kommer att öppna dörren till många okonventionella tillämpningar. MOF-material blir smartare, och med ytterligare forskning kan det vara användbart för att konstruera intelligenta sensorer och multifunktionella enheter.'
Teamet har aktivt tagit steg för att översätta denna teknik till samhällelig påverkan, lämna in ett patent i juli 2017, i samarbete med Samsung Electronics Co. Ltd. Under de kommande månaderna kommer forskarna att utforska vårdtillämpningar för materialet, såsom utplacering av fotokemiska sensorer inuti diagnostiska handhållna alkomätare för tillstånd som diabetes.
Nyligen, denna banbrytande forskning har ytterligare lett till tilldelningen av det prestigefyllda European Research Council (ERC) Consolidator Grant på 2,4 miljoner euro. Finansieringen kommer att stödja professor Tans team i deras arbete med att utveckla smarta fotoniska sensorer med MOF-baserad materialteknologi.
Abhijeet Chaudhari, en doktorand och studiens medförfattare, upptäckte en okonventionell syntetisk strategi för tillverkning av porösa 2-D nanosheets ((OX-1) av ett 3-D MOF-material), vilket potentiellt skulle kunna revolutionera området för fotoniska sensorer.
Professor Tan sa:"Downloader den typiskt tredimensionella (3D) ramarkitekturen för MOF för att ge tvådimensionella (2D) morfologier, liknar aktuella 2-D nanomaterial som kalkogenider, grafen, och oxid nanosheets, är svårt att åstadkomma. Än, utvecklingen av nya 2-D MOF-material är viktigt för tekniska avancerade applikationer, till exempel:fotoniska sensorer och smarta switchar, tunnfilmselektronik och avkänningsanordningar.'
