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Expanding the Horizon of Mechanochromic Detection by Luminescent Shear Stress Sensor Supraparticles

 
: Wintzheimer, Susanne; Reichstein, Jakob; Wenderoth, Sarah; Hasselmann, Sebastian; Oppmann, Maximilian; Seuffert, Marcel T.; Müller-Buschbaum, Klaus; Mandel, Karl

:

Advanced Functional Materials 29 (2019), No.19, Art. 1901193, 11 pp.
ISSN: 1616-301X
ISSN: 1616-3028
English
Journal Article
Fraunhofer ISC ()
Suprapartikel; mechanochromen Detektion; Lumineszenz-Scherspannungssensor

Abstract
Novel sensor particles have been developed that expand the variety of today's mechanochromic systems. The developed supraparticles consist of several different components to enable the sensor function. First, a luminescence‐quenching core material is coated with silica nanoparticles. Second, this structure is surrounded by raspberry‐like nanostructured silica particles, which host luminophore moieties. Upon shear stress, components spatially separated in the original supraparticles, namely quencher and luminophore components, come into contact. This causes an irreversible quenching of the luminescence (sensor turn‐off). Different options to select core, quencher, and luminophore components allow to drive the sensors to different sensing options regarding response time, sensitivity, and operation time. The sensors can be sensitive and rapid in response or generated to monitor the influence of shear stress over longer periods of time. Thus, a rapid, visible, “on‐the‐fly” sensing of shear stress is possible as well as monitoring the impact of prolonged shear stress. The particles are assembled by spray‐drying. This affords flexibility when choosing the type of quencher and luminophore moiety. As such, the sensitivity of this robust, particle‐based shear stress sensor system can be deliberately configured. Furthermore, the supraparticle sensor can be integrated in surfaces to create interactive, communicating materials.

 

Es wurden neuartige Sensorpartikel entwickelt, die die Vielfalt der heutigen mechanochromen Systeme erweitern. Die entwickelten Suprapartikel bestehen aus verschiedenen Komponenten, um die Sensorfunktion zu ermöglichen. Zunächst wird ein Lumineszenz-löschendes Kernmaterial mit Silica-Nanopartikeln beschichtet. Zweitens ist diese Struktur von himbeerartigen nanostrukturierten Silicapartikeln umgeben, die Luminophoreinheiten enthalten. Bei Scherbeanspruchung kommen in den ursprünglichen Suprapartikeln räumlich getrennte Komponenten, nämlich Quencher- und Luminophor-Komponenten, in Kontakt. Dies führt zu einer irreversiblen Auslöschung der Lumineszenz (Sensorabschaltung). Verschiedene Optionen für die Auswahl von Kern-, Quencher- und Luminophor-Komponenten ermöglichen es, die Sensoren mit unterschiedlichen Erfassungsoptionen hinsichtlich Reaktionszeit, Empfindlichkeit und Betriebszeit zu steuern. Die Sensoren können empfindlich und schnell ansprechen oder erzeugt werden, um den Einfluss von Scherspannung über längere Zeiträume zu überwachen. So ist eine schnelle, sichtbare Erfassung der Scherbelastung "on the fly" sowie die Überwachung der Auswirkungen einer längeren Scherbelastung möglich. Die Partikel werden durch Sprühtrocknung zusammengefügt. Dies bietet Flexibilität bei der Auswahl der Art des Löschers und der Luminophoreinheit. Daher kann die Empfindlichkeit dieses robusten, auf Partikeln basierenden Scherspannungssensorsystems bewusst konfiguriert werden. Darüber hinaus kann der Suprapartikelsensor in Oberflächen integriert werden, um interaktive, kommunizierende Materialien zu erzeugen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-537733.html