Forskere udvikler en meget følsom molekylær optisk tryksensor

Kemikere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) og ved Université de Montréal i Canada har udviklet et molekylært system, der er i stand til meget præcise optiske trykmålinger.

Ædelstensrubinen tjente som inspirationskilden. Imidlertid, systemet udviklet af teamet ledet af professor Katja Heinze ved JGU Instituttet for uorganisk kemi og analytisk kemi og professor Christian Reber ved Université de Montréal er et vandopløseligt molekyle, ikke et uopløseligt fast stof. Som rubin, dette molekyle indeholder grundstoffet chrom, der giver det dens røde farve, og den er således blevet døbt molekylær rubin. Denne molekylære rubin kan bruges til at måle tryk både i fast tilstand som ædelstensrubinen og i opløsning takket være dens opløselighed. Dermed, dette molekylære system har potentielle anvendelser inden for materialevidenskab, homogen og heterogen katalyse, og alle tænkelige felter, hvor trykændringer skal overvåges. Forskningsresultaterne er for nylig blevet offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition .

At måle trykket med den molekylære rubin er meget ligetil. Det relevante sted bestråles med blåt lys for at blive absorberet af den molekylære rubin, som så udsender infrarød stråling. Afhængig af trykket, energien af ​​det udsendte lys varierer på en meget følsom måde. Det aktuelle tryk kan så aflæses fra luminescensenergien.

De sofistikerede trykafhængige luminescensmålinger op til 45, 000 bar er blevet fremført af Sven Otto, en ph.d.-kandidat i Heinzes team, i laboratorierne i Reber-gruppen ved Université de Montréal. Sven Ottos forskningsophold blev finansieret af Materials Science in Mainz (MAINZ) Graduate School of Excellence. "Det eksperimentelle arbejde i Montréal var en fantastisk oplevelse, og det vellykkede proof of concept var bare fantastisk, " sagde Otto. "Det højeste tryk i en såkaldt diamantamboltcelle er omkring 45 gange højere end det, der opleves på det dybeste kendte sted i havet", forklarede Otto. "De meget store effekter observeret med dette molekylære materiale er virkelig forbløffende, " tilføjede professor Christian Reber, en ekspert i højtryksluminescensspektroskopi og i øjeblikket DAAD-gæsteforsker ved Mainz University, finansieret af den tyske akademiske udvekslingstjeneste. Faktisk, virkningerne er op til tyve gange større med de molekylære rubinkrystaller end med den almindeligt anvendte ædelstensrubin.

Princippet om optiske trykmålinger ved brug af krombaserede materialer er ikke nyt. Imidlertid, indtil nu, alle disse materialer har været fuldstændig uopløselige som rubin. Trykmålinger med en enkelt type opløste molekylære arter, der rapporterer trykændringer direkte i opløsning, var endnu ikke blevet opnået. "Imidlertid, vores molekylære rubin kan gøre tricket, " sagde professor Katja Heinze. "Vi håber, at vores resultater vil bane vejen for helt andre anvendelser ud over de klassiske, og vi arbejder i øjeblikket i denne retning."