O Instytucie

Tytuł: Inorganic Molecular Ruby sensor: Cr³⁺-Anderson Polyoxometalate for Optical Thermometry and Manometry under extreme conditions of Temperature and Pressure

Autorzy: Ch. Hernández-Álvarez, D. Prętka, V. Patroniak, P. Woźny, A. Gorczyński, N. Vadra, L. Marciniak, M. Runowski

Czasopismo: Laser & Photonics Reviews

DOI: 10.1002/lpor.71575

Zrozumienie wzajemnych oddziaływań pomiędzy temperaturą i ciśnieniem ma kluczowe znaczenie dla opracowania wiarygodnych bifunkcyjnych optycznych termometrów-manometrów przeznaczonych do pracy w warunkach ekstremalnych. W niniejszej pracy po raz pierwszy wykazano, że czułość ciśnieniowa sensora zależy od temperatury układu, a jednocześnie jego czułość temperaturowa jest zależna od ciśnienia. Pokazano, że polioksometalan Andersona zawierający jony chromu(III) (Cr-POM) pełni funkcję „nieorganicznego rubinu molekularnego” – modułowego klastra, który odtwarza właściwości fotofizyczne jonów Cr³⁺ charakterystyczne dla rubinu, zapewniając jednocześnie możliwość programowania struktury metodami syntezy oddolnej. Widma emisji jonów Cr³⁺, wzbudzanych promieniowaniem o długości fali 375 nm, zarejestrowano w zakresie temperatur 93–413 K oraz ciśnień 0–7,96 GPa z wykorzystaniem komory diamentowej. Zaobserwowano stopniowe przesunięcie maksimum emisji ku dłuższym długościom fali wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia. Zależności te opisano empirycznie odpowiednio za pomocą funkcji liniowej dla temperatury oraz funkcji kwadratowej dla ciśnienia. W celu uwzględnienia jednoczesnego wpływu obu parametrów zastosowano dopasowanie trójwymiarowej powierzchni, umożliwiające opis wzajemnie zależnego zachowania położenia maksimum emisji. Wyznaczona wartość współczynnika przesunięcia ciśnieniowego (1,43 nm·GPa^-1) jest ponad czterokrotnie większa niż dla standardowego sensora rubinowego, co wskazuje na znacznie wyższą czułość opracowanego materiału molekularnego w zakresie niskich i umiarkowanych ciśnień. Uzyskane wyniki potwierdzają, że polioksometalany Andersona zawierające jony Cr(III) stanowią wszechstronną i modułową platformę do jednoczesnego pomiaru ciśnienia i temperatury o wysokiej czułości, przezwyciężając ograniczenia nieorganicznych kryształów rubinu oraz przewyższając typowe organiczne sensory molekularne pod względem odporności i stabilności.