התקדמות בחקר מתחמי אירופיום של כדור הארץ נדיר לפיתוח טביעות אצבע

הדפוסים הפפילריים על אצבעות האדם נשארות ללא שינוי במבנה הטופולוגי שלהן מלידה, בעלות מאפיינים שונים מאדם לאדם, וגם הדפוסים הפפילריים על כל אצבע של אותו אדם שונות. תבנית הפפילה על האצבעות מרופדת ומופצת עם נקבוביות זיעה רבות. גוף האדם מפריש באופן רציף חומרים על בסיס מים כמו זיעה וחומרים שמנים כמו שמן. חומרים אלו יעברו וישקעו על החפץ כאשר הם באים במגע, ויצרו טביעות על החפץ. בדיוק בגלל המאפיינים הייחודיים של טביעות ידיים, כמו הספציפיות האינדיבידואלית שלהן, יציבותן לכל החיים והאופי המשקף של סימני מגע, טביעות האצבע הפכו לסמל מוכר של חקירה פלילית וזיהוי זהות אישית מאז השימוש הראשון בטביעות אצבע לזיהוי אישי. בסוף המאה ה-19.

בזירת הפשע, למעט טביעות אצבע צבעוניות תלת מימדיות ושטוחות, שיעור ההופעה של טביעות אצבע פוטנציאליות הוא הגבוה ביותר. טביעות אצבע פוטנציאליות דורשות בדרך כלל עיבוד חזותי באמצעות תגובות פיזיקליות או כימיות. שיטות הפיתוח הפוטנציאליות הנפוצות של טביעות אצבע כוללות בעיקר פיתוח אופטי, פיתוח אבקה ופיתוח כימי. ביניהם, פיתוח אבקה מועדף על ידי יחידות עממיות בשל פעולתו הפשוטה ועלותו הנמוכה. עם זאת, המגבלות של תצוגת טביעות אצבע מסורתית מבוססת אבקה אינן עונות עוד על הצרכים של טכנאים פליליים, כגון הצבעים והחומרים המורכבים והמגוונים של האובייקט בזירת הפשע, והניגודיות הירודה בין טביעת האצבע לצבע הרקע; הגודל, הצורה, הצמיגות, יחס ההרכב והביצועים של חלקיקי אבקה משפיעים על הרגישות של מראה האבקה; הסלקטיביות של אבקות מסורתיות ירודה, במיוחד ספיחה משופרת של חפצים רטובים על האבקה, מה שמפחית מאוד את סלקטיביות הפיתוח של אבקות מסורתיות. בשנים האחרונות, אנשי מדע וטכנולוגיה פליליים חוקרים ברציפות חומרים חדשים ושיטות סינתזה, ביניהןאדמה נדירהחומרים זוהרים משכו את תשומת לבם של אנשי מדע וטכנולוגיה פליליים בשל תכונות הזוהר הייחודיות שלהם, ניגודיות גבוהה, רגישות גבוהה, סלקטיביות גבוהה ורעילות נמוכה ביישום תצוגת טביעות אצבע. אורביטלים 4f המתמלאים בהדרגה של יסודות כדור הארץ נדירים מעניקים להם רמות אנרגיה עשירות מאוד, ואורביטלי האלקטרונים של שכבת 5s ו-5P של יסודות אדמה נדירים מתמלאים לחלוטין. האלקטרונים בשכבת 4f מסוככים, מה שמעניק לאלקטרוני שכבת 4f אופן תנועה ייחודי. לכן, יסודות אדמה נדירים מציגים יציבות פוטו ויציבות כימית מצוינת ללא הלבנת צילום, ומתגברים על המגבלות של צבעים אורגניים בשימוש נפוץ. בנוסף,אדמה נדירהלאלמנטים יש גם תכונות חשמליות ומגנטיות מעולות בהשוואה ליסודות אחרים. המאפיינים האופטיים הייחודיים שלאדמה נדירהיונים, כגון חיי פלואורסצנציה ארוכים, פסי ספיגה ופליטות צרים רבים ופערי ספיגת אנרגיה ופליטת אנרגיה גדולים, משכו תשומת לב נרחבת במחקר הקשור להצגת טביעות אצבע.

בין רביםאדמה נדירהאלמנטים,אירופיוםהוא החומר הזוהר הנפוץ ביותר. דמרקיי, המגלה שלאירופיוםבשנת 1900, תיאר לראשונה קווים חדים בספקטרום הספיגה של תמיסת Eu3+in. בשנת 1909, אורבן תיאר את הקתודו-לומינסנציה שלGd2O3: Eu3+. בשנת 1920, פרנדטל פרסם לראשונה את ספקטרום הקליטה של ​​Eu3+, המאשר את תצפיותיו של דה מארה. ספקטרום הספיגה של Eu3+ מוצג באיור 1. Eu3+ ממוקם בדרך כלל על מסלול ה-C2 כדי להקל על המעבר של אלקטרונים מרמות 5D0 ל-7F2, ובכך לשחרר פלואורסצנטי אדום. Eu3+ יכול להשיג מעבר מאלקטרוני מצב קרקע לרמת האנרגיה הנמוכה ביותר במצב הנרגש בתוך טווח אורכי הגל של האור הנראה. תחת עירור של אור אולטרה סגול, Eu3+ מפגין פוטו-אור אדום חזק. סוג זה של פוטו-luminescence לא ישים רק ליונים Eu3+ המסוממים במצעי קריסטל או כוסות, אלא גם על קומפלקסים המסונתזים עםאירופיוםוליגנדים אורגניים. ליגנדים אלו יכולים לשמש כאנטנות לקליטת זוהר עירור והעברת אנרגיית עירור לרמות אנרגיה גבוהות יותר של יוני Eu3+. היישום החשוב ביותר שלאירופיוםהיא אבקת הפלורסנט האדומהY2O3: Eu3+(YOX) הוא מרכיב חשוב של מנורות פלורסנט. ניתן להשיג את עירור האור האדום של Eu3+ לא רק על ידי אור אולטרה סגול, אלא גם על ידי אלומת אלקטרונים (קתודו-לומינסנציה), קרינת רנטגן γ חלקיקי α או β, אלקטרולומינצנטיות, זוהר חיכוך או מכאני ושיטות כימי-לומינסנציה. בשל תכונות הזוהר העשירות שלו, זהו בדיקה ביולוגית בשימוש נרחב בתחומי מדעי הביולוגיה או הביולוגיה. בשנים האחרונות, הוא גם עורר את העניין המחקרי של אנשי מדע וטכנולוגיה פליליים בתחום המדע המשפטי, מספק בחירה טובה לפרוץ את המגבלות של שיטת האבקה המסורתית להצגת טביעות אצבע, ויש לו משמעות משמעותית בשיפור הניגודיות, רגישות וסלקטיביות של תצוגת טביעות אצבע.

איור 1 Eu3+ספקטרוגרם ספיגה

1, עקרון הזוהר שלאירופיום אדמה נדירהמתחמים

מצב הקרקע ומצב נרגש תצורות אלקטרוניות שלאירופיוםהיונים הם שניהם מסוג 4fn. בשל אפקט המיגון המעולה של אורביטלים s ו-d סביבאירופיוםיונים על האורביטלים 4f, מעברי ff שלאירופיוםיונים מציגים פסים ליניאריים חדים ותקופות חיים של פלואורסצנטיות ארוכים יחסית. עם זאת, בשל יעילות הפוטו-לומינסנציה הנמוכה של יוני אירופיום באזורי האור האולטרה-סגול והנראה, ליגנדים אורגניים משמשים ליצירת קומפלקסים עםאירופיוםיונים לשיפור מקדם הספיגה של אזורי האור האולטרה סגול והאור הנראה. הקרינה הנפלטת על ידיאירופיוםלקומפלקסים יש לא רק את היתרונות הייחודיים של עוצמת הקרינה הגבוהה וטוהר הקרינה הגבוהה, אלא גם ניתן לשפר אותם על ידי ניצול יעילות הספיגה הגבוהה של תרכובות אורגניות באזורי האור האולטרה סגול והנראה. אנרגיית העירור הנדרשת עבוראירופיוםphotoluminescence יונים הוא גבוה המחסור ביעילות הקרינה נמוכה. ישנם שני עקרונות זוהר עיקריים שלאירופיום אדמה נדירהקומפלקסים: אחד מהם הוא photoluminescence, הדורש ליגנד שלאירופיוםמתחמים; היבט נוסף הוא שאפקט האנטנה יכול לשפר את הרגישות שלאירופיוםזוהר יונים.

לאחר ריגוש על ידי אור אולטרה סגול חיצוני או גלוי, הליגנד האורגני ב-אדמה נדירהמעברים מורכבים ממצב הקרקע S0 למצב הסינגלט הנרגש S1. האלקטרונים במצב מעורר אינם יציבים וחוזרים למצב הקרקע S0 באמצעות קרינה, משחררים אנרגיה עבור הליגנד לפלוט פלואורסצנטי, או קופצים לסירוגין למצב המעורב המשולש שלו T1 או T2 באמצעים לא קרינתיים; מצבים נרגשים משולשים משחררים אנרגיה באמצעות קרינה כדי לייצר זרחן ליגנד, או להעביר אנרגיה לאירופיום מתכתיונים דרך העברת אנרגיה תוך-מולקולרית לא קרינה; לאחר התרגשות, יוני אירופיום עוברים ממצב הקרקע למצב הנרגש, ואירופיוםיונים במצב הנרגש עוברים לרמת האנרגיה הנמוכה, בסופו של דבר חוזרים למצב הקרקע, משחררים אנרגיה ומייצרים פלואורסצנטיות. לכן, על ידי החדרת ליגנדים אורגניים מתאימים לאינטראקציה איתםאדמה נדירהיונים ומרגישים יוני מתכת מרכזיים באמצעות העברת אנרגיה לא קרינה בתוך מולקולות, ניתן להגביר מאוד את השפעת הקרינה של יוני אדמה נדירים ולהפחית את הדרישה לאנרגיית עירור חיצונית. תופעה זו ידועה כאפקט האנטנה של ליגנדים. דיאגרמת רמת האנרגיה של העברת אנרגיה במתחמי Eu3+ מוצג באיור 2.

בתהליך העברת האנרגיה ממצב הטריפלט הנרגש ל-Eu3+, נדרשת רמת האנרגיה של מצב הליגנד המעורב של טריפלט להיות גבוהה או תואמת את רמת האנרגיה של המצב Eu3+מרור. אבל כאשר רמת האנרגיה המשולשת של הליגנד גדולה בהרבה מאנרגיית המצב הנרגשת הנמוכה ביותר של Eu3+, גם יעילות העברת האנרגיה תופחת מאוד. כאשר ההבדל בין מצב הטריפלט של הליגנד לבין המצב הנרגש הנמוך ביותר של Eu3+ קטן, עוצמת הקרינה תיחלש עקב השפעת קצב הנטרול התרמי של מצב הטריפלט של הליגנד. למתחמי β- דיקטונים יש את היתרונות של מקדם ספיגת UV חזק, יכולת תיאום חזקה, העברת אנרגיה יעילה עםאדמה נדירהs, ויכולים להתקיים בצורות מוצקות ונוזליות, מה שהופך אותם לאחד הליגנדים הנפוצים ביותר באדמה נדירהמתחמים.

איור 2 דיאגרמת רמת אנרגיה של העברת אנרגיה בקומפלקס Eu3+

2.שיטת סינתזה שלאירופיום של כדור הארץ נדירמתחמים

2.1 שיטת סינתזה במצב מוצק בטמפרטורה גבוהה

שיטת המצב המוצק בטמפרטורה גבוהה היא שיטה נפוצה להכנהאדמה נדירהחומרים זוהרים, והוא נמצא בשימוש נרחב גם בייצור תעשייתי. שיטת סינתזת המצב המוצק בטמפרטורה גבוהה היא תגובה של ממשקי חומר מוצק בתנאי טמפרטורה גבוהה (800-1500 ℃) ליצירת תרכובות חדשות על ידי פיזור או הובלת אטומים או יונים מוצקים. שיטת הפאזה המוצקה בטמפרטורה גבוהה משמשת להכנהאדמה נדירהמתחמים. ראשית מערבבים את המגיבים בשיעור מסוים ומוסיפים למכתש כמות מתאימה של שטף לטחינה יסודית כדי להבטיח ערבוב אחיד. לאחר מכן, המגיבים הטחונים מונחים בכבשן בטמפרטורה גבוהה לצורך הסתיידות. במהלך תהליך ההסתייד, ניתן למלא גזים חמצון, הפחתה או אינרטיים בהתאם לצרכי התהליך הניסיוני. לאחר סידוד בטמפרטורה גבוהה, נוצרת מטריצה ​​בעלת מבנה גבישי ספציפי, ומוסיפים לה יוני אדמה נדירים המפעיל ליצירת מרכז זוהר. הקומפלקס המסולסל צריך לעבור קירור, שטיפה, ייבוש, טחינה חוזרת, סידוד והקרנה בטמפרטורת החדר כדי להשיג את המוצר. בדרך כלל, נדרשים תהליכי טחינה וחידוד מרובים. טחינה מרובה יכולה להאיץ את מהירות התגובה ולהפוך את התגובה לשלמה יותר. הסיבה לכך היא שתהליך הטחינה מגדיל את שטח המגע של המגיבים, ומשפר מאוד את מהירות הדיפוזיה והשינוע של יונים ומולקולות במגיבים, ובכך משפר את יעילות התגובה. עם זאת, לזמני סידוד וטמפרטורות שונות תהיה השפעה על מבנה מטריצת הגביש שנוצרה.

לשיטת המצב המוצק בטמפרטורה גבוהה יש את היתרונות של פעולת תהליך פשוטה, עלות נמוכה וצריכת זמן קצרה, מה שהופך אותה לטכנולוגיית הכנה בוגרת. עם זאת, החסרונות העיקריים של שיטת המצב המוצק בטמפרטורה גבוהה הם: ראשית, טמפרטורת התגובה הנדרשת גבוהה מדי, מה שמצריך ציוד ומכשירים גבוהים, צורך אנרגיה גבוהה וקשה לשלוט במורפולוגיה של הגביש. המורפולוגיה של המוצר אינה אחידה, ואף גורמת לפגיעה במצב הגביש, מה שמשפיע על ביצועי הארה. שנית, טחינה לא מספקת מקשה על התערובות אחידה של המגיבים, וחלקיקי הגביש גדולים יחסית. עקב שחיקה ידנית או מכנית, זיהומים מתערבבים בהכרח כדי להשפיע על הזוהר, וכתוצאה מכך טוהר המוצר נמוך. הנושא השלישי הוא יישום ציפוי לא אחיד וצפיפות ירודה במהלך תהליך היישום. Lai et al. סינתזה סדרה של אבקות פלואורסצנטיות חד-פאזיות Sr5 (PO4) 3Cl המסוימות ב-Eu3+ו-Tb3+ בשיטה המסורתית של מצב מוצק בטמפרטורה גבוהה. תחת עירור כמעט אולטרה סגול, אבקת הפלורסנט יכולה לכוון את צבע הזוהר של הזרחן מהאזור הכחול לאזור הירוק בהתאם לריכוז הסימום, ולשפר את הפגמים של אינדקס עיבוד צבע נמוך וטמפרטורת צבע קשורה גבוהה בדיודות פולטות אור לבנות. . צריכת אנרגיה גבוהה היא הבעיה העיקרית בסינתזה של אבקות פלורסנט מבוססות בורופפוספט בשיטת מצב מוצק בטמפרטורה גבוהה. נכון לעכשיו, יותר ויותר חוקרים מחויבים לפתח ולחפש מטריצות מתאימות כדי לפתור את בעיית צריכת האנרגיה הגבוהה של שיטת מצב מוצק בטמפרטורה גבוהה. בשנת 2015, Hasegawa et al. השלימו את הכנת המצב המוצק בטמפרטורה נמוכה של שלב Li2NaBP2O8 (LNBP) תוך שימוש בקבוצת החלל P1 של המערכת הטריקלינית בפעם הראשונה. בשנת 2020, Zhu et al. דיווח על מסלול סינתזה במצב מוצק בטמפרטורה נמוכה עבור זרחן חדשני Li2NaBP2O8: Eu3+(LNBP: Eu), בוחן צריכת אנרגיה נמוכה ומסלול סינתזה בעלות נמוכה עבור זרחנים אנאורגניים.

2.2 שיטת משקעים משותפת

שיטת המשקעים המשותפת היא גם שיטת סינתזה "כימית רכה" נפוצה להכנת חומרים זוהרים אנאורגניים של אדמה נדירה. שיטת המשקע המשותפת כוללת הוספת משקע למגיב, המגיב עם הקטיונים שבכל מגיב ליצירת משקעים או מבצע הידרוליזה של המגיב בתנאים מסוימים ליצירת תחמוצות, הידרוקסידים, מלחים בלתי מסיסים וכו'. תוצר המטרה מתקבל באמצעות סינון, כביסה, ייבוש ותהליכים אחרים. היתרונות של שיטת משקעים משותפים הם פעולה פשוטה, צריכת זמן קצרה, צריכת אנרגיה נמוכה וטוהר מוצר גבוה. היתרון הבולט ביותר שלו הוא שגודל החלקיקים הקטן שלו יכול ליצור ישירות ננו-גבישים. החסרונות של שיטת המשקעים המשותפת הם: ראשית, תופעת צבירת המוצר המתקבלת היא חמורה, מה שמשפיע על ביצועי הזוהר של החומר הפלורסנטי; שנית, צורת המוצר אינה ברורה וקשה לשליטה; שלישית, ישנן דרישות מסוימות לבחירת חומרי גלם, ותנאי המשקעים בין כל מגיב צריכים להיות דומים או זהים ככל האפשר, דבר שאינו מתאים ליישום של מספר רכיבי מערכת. K. Petcharoen et al. חלקיקי מגנטיט כדוריים מסונתזים תוך שימוש באמוניום הידרוקסיד כשיטת משקעים משולבים וכימיים. חומצה אצטית וחומצה אולאית הוכנסו כחומרי ציפוי בשלב ההתגבשות הראשוני, וגודלם של ננו-חלקיקי מגנטיט נשלט בטווח של 1-40 ננומטר על ידי שינוי הטמפרטורה. חלקיקי הננו המגנטיים המפוזרים היטב בתמיסה מימית הושגו באמצעות שינוי פני השטח, תוך שיפור תופעת הצבירה של חלקיקים בשיטת המשקעים המשותפת. קי וחב'. השוו את ההשפעות של שיטה הידרותרמית ושיטת משקעים משותפת על הצורה, המבנה וגודל החלקיקים של Eu-CSH. הם ציינו כי שיטת הידרותרמית מייצרת ננו-חלקיקים, בעוד ששיטת משקעים משותפת מייצרת חלקיקים מנסרים תת-מיקרוניים. בהשוואה לשיטת המשקעים המשותפת, השיטה ההידרותרמית מציגה גבישיות גבוהה יותר ועוצמת פוטו-לומינסנציה טובה יותר בהכנת אבקת Eu-CSH. JK Han et al. פיתחה שיטת משקעים משותפת חדשה תוך שימוש בממס לא מימי N, N-dimethylformamide (DMF) להכנת (Ba1-xSrx) זרחנים 2SiO4: Eu2 עם פיזור גודל צר ויעילות קוונטית גבוהה ליד חלקיקים בגודל ננו כדורי או תת-מיקרון. DMF יכול להפחית תגובות פילמור ולהאט את קצב התגובה במהלך תהליך המשקעים, ולסייע במניעת צבירה של חלקיקים.

2.3 שיטת סינתזה תרמית הידרותרמית/ממס

השיטה ההידרותרמית החלה באמצע המאה ה-19 כאשר גיאולוגים דימו מינרליזציה טבעית. בתחילת המאה ה-20, התיאוריה הבשילה בהדרגה והיא כיום אחת משיטות הכימיה המבטיחות ביותר לפתרון. שיטה הידרותרמית היא תהליך שבו אדי מים או תמיסה מימית משמשים כתווך (להובלת יונים וקבוצות מולקולריות והעברת לחץ) להגיע למצב תת-קריטי או על-קריטי בסביבה סגורה בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה (לראשונה יש טמפרטורה של 100-240 ℃, בעוד שלאחרון יש טמפרטורה של עד 1000 ℃), להאיץ את קצב תגובת ההידרוליזה של חומרי גלם, ותחת חזקות הסעה, יונים וקבוצות מולקולריות מתפזרות לטמפרטורה נמוכה לצורך התגבשות מחדש. הטמפרטורה, ערך ה-pH, זמן התגובה, הריכוז וסוג הפרקורסור במהלך תהליך ההידרוליזה משפיעים על קצב התגובה, מראה הגבישים, הצורה, המבנה וקצב הצמיחה בדרגות שונות. עלייה בטמפרטורה לא רק מאיצה את פירוק חומרי הגלם, אלא גם מגבירה את ההתנגשות היעילה של מולקולות כדי לקדם היווצרות גבישים. קצבי הצמיחה השונים של כל מישור גביש בגבישי pH הם הגורמים העיקריים המשפיעים על שלב הגביש, הגודל והמורפולוגיה. משך זמן התגובה משפיע גם על צמיחת הגבישים, וככל שהזמן ארוך יותר, כך הוא נוח יותר לצמיחת הגבישים.

היתרונות של השיטה ההידרותרמית מתבטאים בעיקר ב: ראשית, טוהר גבישי גבוה, ללא זיהום זיהומים, חלוקת גודל חלקיקים צרה, תשואה גבוהה ומורפולוגיה מגוונת של המוצר; השני הוא שתהליך הפעולה פשוט, העלות נמוכה וצריכת האנרגיה נמוכה. רוב התגובות מתבצעות בסביבות טמפרטורה בינונית עד נמוכה, ותנאי התגובה קלים לשליטה. טווח היישומים רחב ויכול לעמוד בדרישות ההכנה של צורות שונות של חומרים; שלישית, לחץ הזיהום הסביבתי נמוך והוא ידידותי יחסית לבריאות המפעילים. החסרונות העיקריים שלו הם שמבשר התגובה מושפע בקלות מה-pH, הטמפרטורה והזמן של הסביבה, ולמוצר יש תכולת חמצן נמוכה.

השיטה הסולוותרמית משתמשת בממיסים אורגניים כמדיום התגובה, ומרחיבה עוד יותר את הישימות של שיטות הידרותרמיות. בשל ההבדלים המשמעותיים בתכונות הפיזיקליות והכימיות בין ממסים אורגניים למים, מנגנון התגובה מורכב יותר, והמראה, המבנה והגודל של המוצר מגוונים יותר. Nallappan et al. גבישי MoOx מסונתזים עם מורפולוגיות שונות מגיליון ועד ננורוד על ידי שליטה בזמן התגובה של השיטה ההידרותרמית באמצעות נתרן דיאלקיל סולפט כסוכן מכוון גבישים. Dianwen Hu et al. חומרים מרוכבים מסונתזים המבוססים על קובלט פוליאוקסימוליבדן (CoPMA) ו-UiO-67 או המכילים קבוצות ביפירידיל (UiO-bpy) בשיטה סולווותרמית על ידי אופטימיזציה של תנאי הסינתזה.

2.4 שיטת ג'ל סול

שיטת ג'ל סול היא שיטה כימית מסורתית להכנת חומרים פונקציונליים אנאורגניים, הנמצאת בשימוש נרחב בהכנת ננו-חומרי מתכת. בשנת 1846 השתמש אלבלמן לראשונה בשיטה זו להכנת SiO2, אך השימוש בה עדיין לא היה בשל. שיטת ההכנה היא בעיקר הוספת מפעיל יוני אדמה נדירים בתמיסת התגובה הראשונית כדי לגרום לממס להנדיף ליצירת ג'ל, והג'ל המוכן מקבל את תוצר המטרה לאחר טיפול בטמפרטורה. לזרחן המיוצר בשיטת סול ג'ל יש מורפולוגיה ומאפיינים מבניים טובים, ולמוצר יש גודל חלקיקים קטן ואחיד, אך יש לשפר את עוצמת הבהירות שלו. תהליך ההכנה של שיטת סול-ג'ל הוא פשוט וקל לתפעול, טמפרטורת התגובה נמוכה וביצועי הבטיחות גבוהים, אך הזמן ארוך וכמות כל טיפול מוגבלת. Gaponenko et al. הכין מבנה רב שכבתי אמורפי של BaTiO3/SiO2 על ידי צנטריפוגה וטיפול בחום בשיטת סול-ג'ל עם יכולת העברה ואינדקס שבירה טובים, והצביע על כך שמקדם השבירה של סרט BaTiO3 יגדל עם העלייה בריכוז הסול. בשנת 2007, קבוצת המחקר של Liu L תפסה בהצלחה את קומפלקס היוניים/הרגישים Eu3+יציב לאור ניאון גבוה בננו מרוכבים מבוססי סיליקה וג'ל יבש מסומם בשיטת סול ג'ל. במספר שילובים של נגזרות שונות של חומרי רגישות לאדמה נדירה ותבניות ננו-נקבוביות של סיליקה, השימוש ב-1,10-phenanthroline (OP) sensitizer בתבנית tetraethoxysilane (TEOS) מספק את הג'ל היבש המסומם עם פלואורסצנטי הטוב ביותר לבדיקת התכונות הספקטרליות של Eu3+.

2.5 שיטת סינתזה במיקרוגל

שיטת סינתזה במיקרוגל היא שיטת סינתזה כימית ירוקה ונטולת זיהום בהשוואה לשיטת מצב מוצק בטמפרטורה גבוהה, הנמצאת בשימוש נרחב בסינתזת חומרים, במיוחד בתחום סינתזת ננו-חומרים, המציגה תנופת פיתוח טובה. מיקרוגל הוא גל אלקטרומגנטי עם אורך גל בין 1nn ל-1m. שיטת מיקרוגל היא התהליך שבו חלקיקים מיקרוסקופיים בתוך חומר המוצא עוברים קיטוב בהשפעת חוזק שדה אלקטרומגנטי חיצוני. כאשר כיוון השדה החשמלי של המיקרוגל משתנה, התנועה וכיוון הסידור של הדיפולים משתנים ללא הרף. תגובת ההיסטרזיס של הדיפולים, כמו גם המרה של האנרגיה התרמית שלהם עצמם ללא צורך בהתנגשות, חיכוך ואובדן דיאלקטרי בין אטומים ומולקולות, משיגים את אפקט החימום. בשל העובדה שחימום במיקרוגל יכול לחמם באופן אחיד את כל מערכת התגובה ולהוליך אנרגיה במהירות, ובכך לקדם את התקדמות התגובות האורגניות, בהשוואה לשיטות ההכנה המסורתיות, לשיטת סינתזה במיקרוגל יש את היתרונות של מהירות תגובה מהירה, בטיחות ירוקה, קטנה ואחידה גודל חלקיקי חומר, וטוהר פאזה גבוה. עם זאת, רוב הדיווחים משתמשים כיום בבולמי מיקרוגל כגון אבקת פחמן, Fe3O4 ו-MnO2 כדי לספק חום באופן עקיף לתגובה. חומרים הנספגים בקלות בגלי מיקרו ויכולים להפעיל את המגיבים עצמם זקוקים לחקירה נוספת. Liu et al. שילב את שיטת המשקעים המשותפים עם שיטת המיקרוגל כדי לסנתז ספינל טהור LiMn2O4 עם מורפולוגיה נקבוביות ותכונות טובות.

2.6 שיטת בעירה

שיטת הבעירה מבוססת על שיטות חימום מסורתיות, המשתמשות בשריפה של חומרים אורגניים ליצירת תוצר המטרה לאחר אידוי התמיסה ליובש. הגז הנוצר משריפת חומר אורגני יכול להאט ביעילות את התרחשות הצבירה. בהשוואה לשיטת חימום במצב מוצק, היא מפחיתה את צריכת האנרגיה ומתאים למוצרים עם דרישות טמפרטורת תגובה נמוכה. עם זאת, תהליך התגובה מצריך תוספת של תרכובות אורגניות, מה שמייקר את העלות. לשיטה זו יכולת עיבוד קטנה ואינה מתאימה לייצור תעשייתי. למוצר המיוצר בשיטת הבעירה יש גודל חלקיקים קטן ואחיד, אך בשל תהליך התגובה הקצר, ייתכנו גבישים לא שלמים, המשפיעים על ביצועי הארה של הגבישים. אננינג וחב'. השתמשו ב-La2O3, B2O3, ו-Mg כחומרי מוצא והשתמשו בסינתזת בעירה בעזרת מלח כדי לייצר אבקת LaB6 בקבוצות בפרק זמן קצר.

3. יישום שלאירופיום אדמה נדירהקומפלקסים בפיתוח טביעות אצבע

שיטת הצגת אבקה היא אחת משיטות הצגת טביעות האצבע הקלאסיות והמסורתיות ביותר. כיום ניתן לחלק את האבקות המציגות טביעות אצבע לשלוש קטגוריות: אבקות מסורתיות, כמו אבקות מגנטיות המורכבות מאבקת ברזל עדינה ואבקת פחמן; אבקות מתכת, כגון אבקת זהב,אבקת כסף, ואבקות מתכת אחרות בעלות מבנה רשת; אבקה פלורסנטית. עם זאת, לאבקות מסורתיות יש לרוב קשיים גדולים בהצגת טביעות אצבע או טביעות אצבע ישנות על חפצי רקע מורכבים, ויש להן השפעה רעילה מסוימת על בריאות המשתמשים. בשנים האחרונות, אנשי מדע וטכנולוגיה פליליים העדיפו יותר ויותר את היישום של חומרים ננו-ניאון להצגת טביעות אצבע. בשל תכונות הזוהר הייחודיות של Eu3+ והיישום הנרחב שלאדמה נדירהחומרים,אירופיום אדמה נדירהמתחמים לא רק הפכו למוקד מחקר בתחום המדע המשפטי, אלא גם מספקים רעיונות מחקריים רחבים יותר להצגת טביעות אצבע. עם זאת, Eu3+ בנוזלים או במוצקים הם בעלי ביצועי קליטת אור גרועים ויש לשלב אותם עם ליגנדים כדי לרגיש ולפלוט אור, מה שמאפשר ל-Eu3+ להפגין תכונות פלואורסצנטיות חזקות ומתמשכות יותר. כיום, הליגנדים הנפוצים כוללים בעיקר β- דיקטונים, חומצות קרבוקסיליות ומלחי קרבוקסילטים, פולימרים אורגניים, מאקרו-מחזורים על-מולקולריים וכו'. עם המחקר והיישום המעמיקים שלאירופיום אדמה נדירהבמתחמים, נמצא שבסביבות לחות, הרטט של מולקולות H2O בקואורדינציה באירופיוםקומפלקסים יכולים לגרום לכיבוי הארה. לכן, על מנת להשיג סלקטיביות טובה יותר וניגודיות חזקה בתצוגת טביעות אצבע, יש לעשות מאמצים ללמוד כיצד לשפר את היציבות התרמית והמכאנית שלאירופיוםמתחמים.

בשנת 2007, קבוצת המחקר של ליו ל הייתה חלוצה של הצגתאירופיוםמתחמי לתחום תצוגת טביעות אצבע לראשונה בבית ובחו"ל. קומפלקסים פלואורסצנטיים ויציבים במיוחד של Eu3+ מתכת יונית/רגישות שנלכדו בשיטת סול ג'ל יכולים לשמש לזיהוי טביעות אצבע פוטנציאליות על חומרים שונים הקשורים לזיהוי פלילי, כולל נייר כסף, זכוכית, פלסטיק, נייר צבעוני ועלים ירוקים. מחקר גישוש הציג את תהליך ההכנה, ספקטרום UV/Vis, מאפייני הקרינה ותוצאות סימון טביעות אצבע של הננו-מרוכבים החדשים הללו של Eu3+/OP/TEOS.

בשנת 2014, Seung Jin Ryu et al. תחילה נוצר קומפלקס Eu3+ ([EuCl2 (Phen) 2 (H2O) 2] Cl · H2O) על ידי הקסהידרטאירופיום כלוריד(EuCl3 · 6H2O) ו-1-10 phenanthroline (Phen). דרך תגובת חילופי היונים בין יוני נתרן בין שכבות ואירופיוםהתקבלו יונים מורכבים, תרכובות ננו היברידיות משולבות (Eu (Phen) 2) 3+- אבן סבון ליתיום מסונתז ו-EU (Phen) 2) 3+- מונטמורילוניט טבעי). תחת עירור של מנורת UV באורך גל של 312 ננומטר, שני הקומפלקסים לא רק שומרים על תופעות פוטו-לומיננסצנטיות אופייניות, אלא גם בעלי יציבות תרמית, כימית ומכאנית גבוהה יותר בהשוואה למתחמי Eu3+ טהורים. עם זאת, בשל היעדר יוני זיהומים כבויים. כגון ברזל בגוף הראשי של אבן סבון ליתיום, [Eu (Phen) 2] 3+- אבן סבון ליתיום בעלת עוצמת הארה טובה יותר מאשר [Eu (Phen) 2] 3+- montmorillonite, וטביעת האצבע מציגה קווים ברורים יותר וניגודיות חזקה יותר עם הרקע. בשנת 2016, V Sharma et al. אבקת ננו פלואורסצנטית מסוג סטרונציום (SrAl2O4: Eu2+, Dy3+) בשיטת בעירה. האבקה מתאימה להצגת טביעות אצבע טריות וישנות על חפצים חדירים ולא חדירים כגון נייר צבעוני רגיל, נייר אריזה, נייר אלומיניום ודיסקים אופטיים. הוא לא רק מפגין רגישות וסלקטיביות גבוהים, אלא גם בעל מאפייני זוהר חזקים ועמידים לאורך זמן. בשנת 2018, Wang et al. הכינו ננו-חלקיקי CaS (ESM-CaS-NP) מסוממים בהםאירופיום, סמאריום, ומנגן בקוטר ממוצע של 30 ננומטר. הננו-חלקיקים מוקמו בליגנים אמפיפיליים, מה שמאפשר פיזור אחיד במים מבלי לאבד את יעילות הקרינה שלהם; שינוי משותף של משטח ESM-CaS-NP עם 1-dodecilthiol וחומצה 11-mercaptoundecanoic (Arg-DT)/ MUA@ESM-CaS NPs פתר בהצלחה את הבעיה של כיבוי הקרינה במים וצבירת חלקיקים הנגרמת על ידי הידרוליזה של חלקיקים בננו פלואורסצנטי. אֲבָקָה. אבקת פלורסנט זו לא רק מציגה טביעות אצבע פוטנציאליות על חפצים כגון נייר אלומיניום, פלסטיק, זכוכית וקרמיקה בעלי רגישות גבוהה, אלא גם בעלת מגוון רחב של מקורות אור עירור ואינה דורשת ציוד חילוץ תמונה יקר להצגת טביעות אצבע. באותה שנה, קבוצת המחקר של וואנג סינתזה סדרה של שלישיותאירופיוםקומפלקסים [Eu (m-MA) 3 (o-Phen)] תוך שימוש בחומצה אורתו, מטה ו-p-מתיל-בנזואית בתור הליגנד הראשון ואורתו פננתרולין בתור הליגנד השני בשיטת משקעים. תחת קרינת אור אולטרה סגול של 245 ננומטר, ניתן להציג בבירור טביעות אצבע פוטנציאליות על חפצים כמו פלסטיק וסימנים מסחריים. בשנת 2019, Sung Jun Park et al. YBO3 מסונתז: Ln3+(Ln=Eu, Tb) זרחנים באמצעות שיטה סולווותרמית, המשפרת ביעילות את זיהוי טביעות האצבע הפוטנציאלי ומפחיתה הפרעות דפוסי רקע. בשנת 2020, Prabakaran et al. פיתח Na [Eu (5,50 DMBP) (phen) 3] פלואורסצנטי · Cl3/D-Dextrose קומפוזיט, תוך שימוש ב-EuCl3 · 6H20 כמבשר. Na [Eu (5,5 '- DMBP) (phen) 3] Cl3 היה מסונתז באמצעות Phen ו-5,5' - DMBP בשיטת ממס חם, ולאחר מכן Na [Eu (5,5 '- DMBP) (phen) 3] Cl3 ו-D-Dextrose שימשו כמבשר ליצירת Na [Eu (5,50 DMBP) (phen) 3] · Cl3 באמצעות שיטת ספיחה. קומפלקס 3/D-דקסטרוז. באמצעות ניסויים, החומר המרוכב יכול להציג בבירור טביעות אצבע על חפצים כמו פקקי בקבוקי פלסטיק, כוסות ומטבע דרום אפריקאי תחת עירור של אור שמש 365nm או אור אולטרה סגול, עם ניגודיות גבוהה יותר וביצועי פלואורסצנטי יציבים יותר. בשנת 2021, Dan Zhang et al. עיצב וסינתזה בהצלחה hexanuclear Eu3+complex Eu6 (PPA) 18CTP-TPY עם שישה אתרי קישור, בעל יציבות תרמית פלואורסצנטית מעולה (<50 ℃) וניתן להשתמש בו להצגת טביעות אצבע. עם זאת, יש צורך בניסויים נוספים כדי לקבוע את המין האורח המתאים לו. בשנת 2022, L Brini et al. סינתזה בהצלחה Eu: אבקת פלורסנט Y2Sn2O7 באמצעות שיטת משקעים משותפת וטיפול טחינה נוסף, שיכולה לחשוף טביעות אצבע פוטנציאליות על חפצי עץ ואטומים. באותה שנה, קבוצת המחקר של וואנג סינתזה את NaYF4: Yb באמצעות שיטת סינתזה תרמית ממס, ליבת Er@YVO4 Eu. חומר ננו-פלואורסצנטי מסוג מעטפת, שיכול ליצור קרינה אדומה מתחת עירור אולטרה סגול של 254 ננומטר וקרינה ירוקה בוהקת תחת עירור קרוב לאינפרא אדום של 980 ננומטר, משיגים הצגת מצב כפול של טביעות אצבע פוטנציאליות על האורח. תצוגת טביעת האצבע הפוטנציאלית על חפצים כגון אריחי קרמיקה, יריעות פלסטיק, סגסוגות אלומיניום, RMB ונייר מכתבים צבעוניים מציגה רגישות גבוהה, סלקטיביות, ניגודיות ועמידות חזקה בפני הפרעות רקע.

4 אאוטלוק

בשנים האחרונות, המחקר עלאירופיום אדמה נדירהקומפלקסים משכו תשומת לב רבה, הודות לתכונות האופטיות והמגנטיות המעולות שלהם, כגון עוצמת הארה גבוהה, טוהר צבע גבוה, חיי פלואורסצנטי ארוכים, פערי ספיגת אנרגיה ופליטת אנרגיה גדולים ופסגות ספיגה צרות. עם העמקת המחקר על חומרי אדמה נדירים, היישומים שלהם בתחומים שונים כגון תאורה ותצוגה, מדע ביולוגי, חקלאות, צבא, תעשיית מידע אלקטרונית, העברת מידע אופטי, נגד זיוף פלואורסצנטי, זיהוי פלואורסצנציה וכו' הופכים נפוצים יותר ויותר. המאפיינים האופטיים שלאירופיוםהמתחמים מצוינים, ותחומי היישום שלהם מתרחבים בהדרגה. עם זאת, היעדר יציבות תרמית, תכונות מכניות ויכולת עיבוד שלהם יגבילו את היישומים המעשיים שלהם. מנקודת המבט המחקרית הנוכחית, מחקר היישום של המאפיינים האופטיים שלאירופיוםמתחמים בתחום המדע המשפטי צריכים להתמקד בעיקר בשיפור המאפיינים האופטיים שלאירופיוםקומפלקסים ופתרון הבעיות של חלקיקים פלורסנטים הנוטים להצטבר בסביבות לחות, תוך שמירה על היציבות ויעילות הזוהר שלאירופיוםקומפלקסים בתמיסות מימיות. כיום, ההתקדמות של החברה והמדע והטכנולוגיה הציבה דרישות גבוהות יותר להכנת חומרים חדשים. תוך מתן מענה לצרכי היישום, הוא צריך גם לעמוד במאפיינים של עיצוב מגוון ועלות נמוכה. לכן, מחקר נוסף עלאירופיוםלמתחמים יש משמעות רבה לפיתוח משאבי האדמה הנדירים העשירים של סין ולפיתוח המדע והטכנולוגיה הפליליים.