Behandelte Themen
Hintergrund
SWNT Photolumineszenz und der NanoLog ®
Photolumineszenz von Quantum Dots
Langnachleuchtende Analyse von OLEDs
Spex ® Instruments for Quantum Dots und OLEDs
Schlussfolgerungen
Hintergrund
Dieser Artikel beschreibt einige Anwendungen der Fluoreszenz-Instrumente aus HORIBA Scientific um Nanophotonik, zB singlewalled Kohlenstoff-Nanoröhren (SWNTs), Quantenpunkte, und organische Leuchtdioden (OLEDs).
Quantum Confinement betrifft Nanomaterialien "Photolumineszenz: wenn die halbleitende Nanopartikel kleiner als das Schüttgut der Bohr-Radius Exziton ist, ist die Bandlücke Energie umgekehrt proportional zur Größe der Nanopartikel. Kleinere Nanopartikel haben in der Regel höhere Energie-Absorption und Emission Eigenschaften als größere Nanopartikel aus dem gleichen Material.
SWNT Photolumineszenz und der NanoLog ®
Abb.. 1 skizziert den Prozess des halbleitenden SWNT Photolumineszenz. Die abnehmende Absorption und Emission Energien der einzelnen SWNT Spezies korrelieren direkt mit Durchmessern von der Analyse der radial breathing Modi von Raman-Spektroskopie. Bestimmte (n, m)-Werte von halbleitenden SWNTs Match vorausgesagt Bandlücken zwischen Valenz-und Leitfähigkeit Bands. (Metallic-und semi-metallischen SWNTs mit kontinuierlicher Valenz-und Leitfähigkeit-Bands zeigen wenig oder keine Photolumineszenz.)
Ein NanoLog ® (double-Gitter Anregung Monochromator, Imaging-Emission Spektrographen mit einer wählbaren-Gitter-Turm und Mehrkanal-Flüssig-N 2-gekühlten InGaAs-Array-Detektor) hat optimale Anregung Optik für SWNT Forschungs-oder feste Probe in rechtwinkligen oder vor -face Mirror-Konfigurationen. Die Emissions-Spektrometer ist wählbar Gittern in einem Turm Halterung für eine schnelle und einfache Erfassung von Beinahe-IR-Spektren. Ein Gitter hat Single-Shot-Abdeckung von> 500 nm mit einem Detektor sensitive 800 bis 1700 nm.
Abbildung 1. Halbleitende-SWNT Photolumineszenz Absorption und Emission. Leitungsband sind rot, Valenzband sind blau. Elektronen sind gelb; Löcher sind weiße Kreise. Kleine schwarze Pfeile sind strahlende oder strahlungslose Übergänge von e-s oder Löcher zwischen den verschiedenen Band-Ebenen. Vx und cx sind spezifische Valenz oder Leitwert-Bands.
Korrigierte Emissionsspektren bieten EEMs für eine Reihe von Anregungswellenlängen; Übernahmen nehmen nur wenige Minuten. Anregung Bandpass reicht von 0-14 nm; Spektrometer Schlitze variieren von 0-16 mm mit 1200 Nut / mm Gitter. Eine Bestellung Vorsortierung Filter verhindert das sichtbare Licht in das Spektrometer.
EEMs kompiliert werden (Abb. 2a und b) durch unsere exklusive Nanosizer ®-Software zur SWNT Zusammensetzung (Abb. 2C) zu bestimmen. Eine doppelte Faltung Algorithmus (. US-Pending) in der Nanosizer ® gleichzeitig berechnet Anregungs-und Emissionswellenlänge koordinieren Linienformen für jede Spezies, Beiträge aus allen Spektralbereichen in einer Region von Interesse sind, gefunden. EEM Daten (Abb. 2, durchgezogene Linien) und Simulationen (Höhenlinien) aus zwei SWNT Suspensionen von verschiedenen Herstellungsprozessen von unterschiedlicher Größe und schraubenförmigen Distributionen unterscheiden sind gegeben: Hochdruck-Kohlenmonoxid-Methode (HiPCO, Abb. 2A.) Kobalt -Molybdän-Katalysator-Methode (CoMoCAT, 2B). Abb.. 2A identifiziert fünf wichtigsten HiPCO Arten; Abb.. 2B indentifies vier CoMoCAT Arten. Abb.. 2C, eine spiralförmige Karte von Arten in Abb. gefunden. 2A und B, Grundstücke Steigungswinkel gegenüber SWNT Durchmesser gegen Intensität der Emission (Symbolgröße). Beachten Sie, dass HiPCO Rohre einen größeren mittleren Durchmesser als CoMoCAT haben. Die Simulation liefert eine genaue Analyse der SWNT Zusammensetzung auf einem IBM-kompatiblen PC in wenigen Minuten.
Abbildung 2. Quantum Anregungs-Emissions-(A und B) und Helix (C) Karten von HiPCO und Co-MoCAT SWNT Suspensionen mit einem NanoLog ®. Die durchgezogenen Linien (A und B) sind die Daten, die Farbe Konturen sind Simulationen. Symbol Größen (C) zeigen relative Amplituden für HiPCO (Kreise) und CoMoCAT (Quadrate), die jeweils auf 1 normiert. R 2-Werte für die Simulationen sind 0,997 (HiPCO) und 0.999 (CoMoCAT).
Photolumineszenz von Quantum Dots
Quantum Dots 'Banden haben eine breite spektrale Merkmale und präzise Einstellbarkeit ihrer Emissionsbanden. Ihre Absorptionsspektren ergeben sich aus vielen überlappenden Banden zunehmend bei höheren Energien. Jede Bande entspricht einer Energie-Übergang zwischen diskreten Elektronen-Loch (Exzitonen) Energie-Niveaus; kleinere Punkte geben einen ersten Exziton-Peak bei kürzeren Wellenlängen.
Ein Photon emittiert, wenn ein Elektron Kreuze aus Leitungsbandkante zu Valenzband. Photon Energie ist proportional zur Bandlücke, bestimmt durch das Schüttgut der Bohr-Exziton Radius und der Quantenpunkt der Größe (Abb. 3).
Abbildung 3. Quantum Confinement für Quantenpunkte. Valence und Leitfähigkeit Bands sind blau bzw. rot. Zusammensetzung der Punkte A und B ist identisch, nur die Bulk-Radius variiert gegenüber dem festen Bohr-Exziton Radius.
Quantum dots "Vorteile im Vergleich zu Standard-organischen Fluorophoren sind: Eine Hand kann mehrere Punkte emitting über ein breites Spektrum zu erregen, was selektive Ausschluss von Anregungslicht von der gemessenen Emissionswerte. Quantenpunkte haben eine hohe Fluoreszenz-und eine starke Zwei-Photonen-Absorption führt, so sind sie bis zu 1000 mal heller, für eine bessere Bildauflösung. Ihre abstimmbaren Bandlücken bieten Anwendungen wie Weißlicht-LEDs und andere Anzeigen.
Die meisten Quantenpunkte sind von toxischen Elementen (zB Pb, Cd, Se und Te). Ihre Photolumineszenz können empfindlich auf biologische Wechselwirkungen, so dass die meisten biologischen Anwendungen von Quantenpunkten ist eine Lackierung notwendig (in der Regel ein Triblockcopolymer), wodurch die Punkte nicht toxisch, sondern auch dazu beitragen, die Punkte, um molekulare Sonden Konjugat, und der Schutz der Punkte von biomolekularen Agenten . Antikörper-Konjugat Bildgebung dieser Punkte kann nützlich sein für die Diagnose und Behandlung von Krebs. Near-IR-Quantenpunkten kann eine Beihilfe tiefere Gewebe-Imaging, für Nah-IR-Licht durchdringt das Gewebe tiefer als sichtbares Licht. Quantum dots "angeregten Zustand Lebensdauer (2 ~ 10 ns) erhöhen ihren Wert für die zeitaufgelöste Fluoreszenz Instrumente. Viele Konjugation Entscheidungen und im angeregten Zustand Eigenschaften von Punkten machen sie nützlich für Biosensoren auf der Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer.
Langnachleuchtende Analyse von OLEDs
Basierend auf Dünnschichten, OLEDs bieten Vorteile gegenüber LCDs: keine Hintergrundbeleuchtung, die Emission von Licht nur von der aktiven Pixel für geringere Leistung, höherer Kontrast und Farbtreue, heller Emission, breiter Betrachtung Winkel, schneller zeitlicher Reaktion, bessere Temperatur-Stabilität, und Abscheidung auf flexiblen oder transparenten Substraten.
Eine Spannung über ein OLED-Schaltung aufgebracht treibt die Elektronen (Abb. 4A) und Löcher (Abb. 4B) in die organische Schicht, wo Rekombination Photonen emittieren (Abb. 4C). Hier ergeben Photonen aus blauen, grünen und roten Emittern weißes Licht. Zusammensetzung, Dicke, und die Beziehung zwischen den verschiedenen Schichten regulieren OLED Lumineszenz.
Abbildung 4. OLED-Betrieb in 3 Stufen, zeigen A bis C. White Pfeile Fluss von e-s (gelb) und Löcher (weiß) von Elektroden. Starbursts in C sind Elektron-Loch-Rekombination in die organische Schicht durch Photonenemission gefolgt.
Abb.. 5 zeigt die phosphoreszierende Zerfall eines Universal Display-Strahler mit einer Lebensdauer von> 1 us, auf eine aufgezeichnete TCSPC-Fluorolog ®.