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Luminescent oxygen sensors with highly improved sensitivity based on a porous sensing film with increased oxygen accessibility and photoluminescence
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발행연도
2017
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-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
364-377(14쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>In this study, we present the effects of the morphological modification of an oxygen-sensing film on improving the sensitivity of luminescent oxygen sensors. Pores were made inside the volume and on the external surface of the oxygen-sensing film consisting of platinum(II) octaethylporphyrin (PtOEP) oxygen-sensitive dye embedded in a polystyrene (PS) polymer matrix. The size of the pores with diameters from 300nm to 1μm was controlled through the phase separation of the ternary system of PS, polyethylene glycol (PEG), and chloroform. Photoluminescence (PL) intensity and oxygen accessibility of the oxygen-sensing film were considered the main factors affecting the sensitivity of the sensors. PL intensity was analyzed through the diffused reflectance and absorbance of the oxygen-sensing film. Oxygen accessibility was analyzed based on the Langmuir-Hill absorption theory by considering the sensitivity saturation behaviors of the oxygen-sensing film above the excitation light source intensity of 1000cd/m<SUP>2</SUP>. The optimized porous-structured oxygen-sensing film showed 61% higher sensitivity than the solid oxygen-sensing film. According to the measurement results, the sensitivity enhancement in the porous sensing film was significantly more driven by the increase in oxygen accessible sites than the increase in PL intensity. Furthermore, the sensing film with pores only on its external surface and not inside its volume showed 72% enhanced sensitivity relative to the solid sensing film. Therefore, the external surface area of the sensing film affects the sensitivity of the oxygen-sensing film significantly more than the pores inside the volume of the sensing film because the external surface acts as an oxygen diffusion barrier that limits the amount of oxygen that can access the oxygen-sensitive dye embedded in the polymer matrix.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Porous oxygen sensing films showed higher photoluminescence (PL) intensity and oxygen accessibility than solid films. </LI> <LI> We quantitatively derive the oxygen accessibility from sensitivity saturation based on Langmuir-Hill adsorption. </LI> <LI> Oxygen accessibility is more influential factor to sensitivity than PL. </LI> <LI> Increasing the external surface area of the sensing films effectively improves its sensitivity. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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