Halogen hectorites: Smectites designed to luminesce

Santos Hellen Silva

Hellen Silva Santosin väitöskirja käsittelee optisesti aktiivisille yksiköille isäntähilaksi suunniteltujen hektoriittipohjaisten materiaalien synteesiä ja karakterisointia. Tutkimuksen kohteena olivat nanokiteiset savimateriaalit, jotka syntetisoitiin ottamaan smektiitteihin kuuluvan hektoriitin perusrakenne, mutta sen hydroksyyli-ionit korvattiin halogeeneillä. Tällöin muodostuu fluoro- (F-Hec)-, kloro- (Cl-Hec)-, bromo- (Br-Hec)- ja jodohektoriitti (I-Hec). Tutkimus on ensimmäinen laatuaan Cl-Hec-, Br-Hec- ja I-Hec-materiaalien synteesissä.

Halogeenihektoriittien (X-Hec) rakenne on samankaltainen kuin nanokiteisen fluorohektoriitin, jossa kerrosten etäisyys on noin 0,6 nanometriä ja yksittäisten kiteiden koko on nanomittakaavassa.

– Kaikki X-Hec:t ovat mesohuokoisia, niiden ominaispinta-ala on 240 - 540 m²g^-1 ja ne kestävät lämmitystä jopa 750 °C:seen asti. Täten nämä materiaalit ovat hyvä vaihtoehto isäntähilaksi optisesti aktiivisille yksiköille luminoivia materiaaleja tuotettaessa, Silva Santos kertoo.

Kaikki seostamattomat X-Hec-materiaalit tuottavat UV-säteilyllä viritettäessä sinivihreää luminesenssia sekä lyhyen, noin 5 sekuntia kestävän sinivihreän jälkiloisteen.

– Nämä luminesenssipiirteet ovat peräisin titaaniepäpuhtaudesta, joka toimii luminesenssikeskuksena näissä materiaaleissa. Lisäksi X-Hec-materiaalit osoittautuivat sopiviksi isäntähiloiksi harvinaisille maametalli-ioneille (RE³⁺), sillä seostettaessa Cl-Hec- ja F-Hec-materiaaleja Eu³⁺:lla tai Tb³⁺:lla saatiin punaisena ja vihreänä säteilevää materiaalia.

Laajasti sovellettavat hektoriitit

Tavallinen hektoriitti sisältää rakenteessaan hydroksyyli-ioneja. Nämä ionit sammuttavat helposti luminesenssin ohjaamalla purkautuvan energian valon tuoton sijaan rakenteen värähtelyyn. Hektoriitti ei siis sellaisenaan ole ideaali materiaali luminesenssisovelluksiin.

– Tästä syystä tutkimuksessa käsitellyt savimateriaalit syntetisoitiin noudattamaan hektoriitin perusrakennetta, mutta hydroksyyli-ionit korvattiin halogeeneillä, Silva Santos sanoo.

Syntetisoinnista syntyvät hektoriitit ovat monipuolisia savimineraaleja, sillä ne tarjoavat mahdollisuuksia sovelluksiin useilla teollisilla ja tieteellisillä aloilla. Sovellusesimerkkejä ovat mm. kaasuanturit, katalyysi sekä biokuvantaminen.

– Hektoriitin etuna on tuotannon edullisuus sekä nopeus. Joustavan, bioyhteensopivan ja räätälöitävissä olevan rakenteensa ansiosta sen koostumusta on mahdollista muuttaa vastaamaan halutun sovelluksen vaatimuksia, Silva Santos kertoo.

Väitöskirja on englanninkielinen