Ultralow Threshold Lasing from Carbon Dot–Ormosil Gel Hybrid-Based Planar Microcavity

The absence of an ideal solid matrix with resistance to harsh conditions for carbon dots (CDs) and high transmittance in the visible/near infrared region is the bottleneck in CD applications. In this study, we show that a stable rigid structure can be formed between CDs and organically modified silicates (ormosil) gel when CDs are incorporated into ormosil gel hybrids as a solid matrix. A high photoluminescence quantum yield (PLQY) of 63% is achieved at a 583 nm emission. Peak optical gain of the hybrids was found to be 67 cm−1 at peak wavelength. Ultralow threshold (~70 W/cm2) lasing can also be demonstrated from a planar microcavity by using CD–ormosil gel hybrids as a gain medium.

Novel Organochlorinated Xerogels: From Microporous Materials to Ordered Domains

Hybrid silica xerogels combine the properties of organic and inorganic components in the same material, making them highly promising and versatile candidates for multiple applications. They can be tailored for specific purposes through chemical modifications, and the consequent changes in their structures warrant in-depth investigation. We describe the synthesis of three new series of organochlorinated xerogels prepared by co-condensation of tetraethyl orthosilicate (TEOS) and chloroalkyltriethoxysilane (ClRTEOS; R = methyl [M], ethyl [E], or propyl [P]) at different molar ratios. The influence of the precursors on the morphological and textural properties of the xerogels was studied using 29Si NMR (Nuclear Magnetic Resonance), FTIR (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy), N2, and CO2 adsorption, XRD (X-ray Diffraction), and FE-SEM (Field-Emission Scanning Electron Microscopy). The structure and morphology of these materials are closely related to the nature and amount of the precursor, and their microporosity increases proportionally to the molar percentage of ClRTEOS. In addition, the influence of the chlorine atom was investigated through comparison with their non-chlorinated analogues (RTEOS, R = M, E, or P) prepared in previous studies. The results showed that a smaller amount of precursor was needed to detect ordered domains (ladders and T8 cages) in the local structure. The possibility of coupling self-organization with tailored porosity opens the way to novel applications for this type of organically modified silicates.

Impact of Controlled Hydrophobicity of the Organically Modified Silicates on the Properties of Biomedical Thermoplastic Polyurethane (TPU) Nanocomposites

The impact of nanofiller surface modifications and hydrophobicity on the morphology and mechanical properties of the biomedical TPU nanocomposites was studied. We show that incorporating nanofillers with higher hydrophobicity promotes better dispersion of nanofiller in TPU matrix due to greater interaction between the nanofiller and the hydrophobic PDMS soft segment in this ElastEon TPU system. The nanocomposite with the most hydrophobic surface modification demonstrates the best nanofiller dispersion and intercalation and hence resulted in an overall best mechanical and thermomechanical properties when incorporated in 2 wt%. These findings show that the polarity matching between the TPU and the nanofiller determines the nanofiller-TPU interactions and thus the mechanical properties of the produced nanocomposites.

Χαρακτηρισμός πολυμερικών επιστρώσεων με νανοπερίεκτες σε μέταλλα για την προστασία τους από διάβρωση σε θαλάσσιο περιβάλλον

Υβριδικές επιστρώσεις οργανικά τροποποιημένων πυριτικών ενώσεων και εποξειδικώνρητινών (Organically Modified Silicates, ORMOSILs – epoxy) εφαρμόστηκαν στο κράμααργιλίου 2024-Τ3 και σε γαλβανισμένο χάλυβα σε υψηλές θερμοκρασίες (Hot Dip GalvanizedSteel, HDGS) προκειμένου αυτές να προστατεύσουν τα υποστρώματα από τη διάβρωση. Για τηνβελτίωση της αντοχής των επιστρώσεων στην διάβρωση ενσωματώθηκαν στην πολυμερικήμήτρα νανοπεριέκτες από μολυβδαινικό δημήτριο (CeMo) και οξείδιο του τιτανίου (TiO2),καθώς και pH-ευαίσθητα οργανικά νανοδοχεία πληρωμένα με τους αναστολείς διάβρωσης 2-μερκαπτοβενζοθειαζόλιο, 8-υδροξυκινολίνη, 1H-βενζοτριαζολο-4-σουλφονικό οξύ καιεξαφλουοροτιτανικό οξύ.Οι υβριδικές επιστρώσεις εφαρμόστηκαν στο υπόστρωμα με τη διαδικασία εμβάπτισης.Η μορφολογία των επιστρώσεων εξετάστηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (ScanningElectron Microscopy (SEM)). Η σύνθεση και η δομή τους μελετήθηκε με υπέρυθρηΦασματοσκοπία μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) και με μικροανάλυση με φθορισμομετρίαακτίνων Χ (Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDX)). H ηλεκτροχημική φασματοσκοπίασύνθετης αντίστασης (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS), η dc-πόλωση (dcpolarization)και η μέτριση ανοικτού δυναμικού (open circuit potential, OCP) χρησιμοποιήθηκανγια την αξιολόγηση των αντι-διαβρωτικών ιδιοτήτων των επιστρώσεων. Τα αποτελέσματαέδειξαν ότι οι επιστρώσεις με πληρωμένα νανοδοχεία έχουν αυξημένες αντιδιαβρωτικέςιδιότητες συγκριτικά με τις υπόλοιπες επιστρώσεις εμφανίζοντας και ιδιότητες αυτο-θεραπείας.Τέλος, συντέθηκαν νανόσφαιρες οξειδίου του χαλκού (Cu2O), οι οποίεςχαρακτηρίστηκαν με SEM, ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης (ΤransmissionΕlectron Μicroscopy (TEM)) και περίθλαση ακτίνων Χ (X ray Diffraction (XRD)). Οινανόσφαιρες στη συνέχεια πληρώθηκαν με ουσίες που δρουν ως βιοκτόνα και ενσωματώθηκανσε βαφές εμπορίου και σε επιστρώσεις βασισμένες σε εποξειδικές ενώσεις και μελετήθηκε ηδράση τους ως αντιαποθετικά αντιδραστήρια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι επιστρώσεις μεπληρωμένες νανόσφαιρες Cu2O είχαν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με τιςβαφές εμπορίου με βιοκτόνα μετά από έκθεση σε θαλάσσιο περιβάλλον.

Development of novel bioelectrocatalytic platform based on in situ generated gold nanoparticles for biomedical applications

ABSTRACTGold nanoparticles (AuNp) formed using alkoxysilane precursors are utilized in the development of thin organically modified silicates (ormosil) films. The resulting films are optically transparent thereby retaining the optical properties of AuNp. Surface morphology shows that the in situ generated AuNp retained their nanogeometry in the ormosil films. An application of the AuNp encapsulated ormosils is shown in electrocatalytic determination of hydrogen peroxide. For this purpose, potassium ferricyanide is chosen as electron transfer mediator and is encapsulated in the films. Results show that the presence of AuNp in the ormosil matrix dramatically improves the electrochemical behavior of potassium ferricyanide. The ormosil films are utilized for electrocatalytic determination of hydrogen peroxide. In order to investigate the biocompatibility of the ormosil film, horseradish peroxidase (HRP) is incorporated resulting in improvement in oxidation and reduction of peroxide.