Aplicaciones de Nanophotonics Con los Instrumentos de la Fluorescencia de HORIBA Científico

Temas Revestidos

Antecedentes
SWNT Photoluminescence y el NanoLog®
Photoluminescence de los Puntos de Quantum
Análisis Fotoluminiscente de OLEDs
Instrumentos de Spex® para los Puntos y OLEDs de Quantum
Conclusiones

Antecedentes

Este artículo describe algunas aplicaciones de los instrumentos de la fluorescencia de HORIBA Científico al nanophotonics, e.g., nanotubes singlewalled del carbón (SWNTs), puntos del quantum, y diodos electroluminosos orgánicos (OLEDs).

El arresto de Quantum afecta photoluminescence a los nanomaterials': cuando el nanoparticle semiconductor es más pequeño que el radio del Bohr-Excitón del material a granel, la energía del bandgap es inverso proporcional a la talla del nanoparticle. Nanoparticles Más Pequeños tienen generalmente propiedades de la absorción y de la emisión de una energía más alta que nanoparticles más grandes del mismo material.

SWNT Photoluminescence y el NanoLog®

La Fig. 1 bosqueja el proceso del photoluminescence semiconductor de SWNT. Las energías de disminución de la amortiguación y de la emisión de las especies individuales de SWNT correlacionan directamente con los diámetros del análisis de los modos de respiración radiales de la espectroscopia de Raman. Seguro (n, m) valores de los bandgaps previstos emparejamiento semiconductor de SWNTs entre la valencia y bandas de la conductancia. (SWNTs Metálico y semimetálico con valencia contínua y las conductancia-bandas muestran poco o nada de photoluminescence.)

Un NANOLOG® (monocromador doble-grating de la excitación, espectrógrafo de la emisión de la proyección de imagen con una torreta a elección-grating, y detector2 líquido-N-enfriado de varios canales de la InGaAs-matriz) tiene óptica óptima de la excitación para la investigación de SWNT o cualquier muestra sólida en configuraciones de ángulo recto o de la delantero-superficie del espejo. El espectrómetro de la emisión tiene rejillas a elección en un montaje de torreta para la adquisición rápida, fácil de los espectros cercano-IR. Una rejilla tiene cubrimiento monoestable de > 500 nanómetro con un detector sensible a partir de la 800-1700 nanómetro.

Cuadro 1. amortiguación y emisión Semiconductoras-SWNT del photoluminescence. Las bandas de Conducción son rojas; las bandas de la valencia son azules. Los Electrones son amarillos; los agujeros son círculos blancos. Las Pequeñas flechas negras son transiciones radiativas o nonradiative del e-s o de los agujeros entre diversos banda-niveles. Vx y la CX es bandas específicas de la valencia o de la conductancia.

Los espectros de emisión Corregidos proporcionan a EEMs para un rango de las longitudes de onda de la excitación; las adquisiciones tardan solamente minutos. La Excitación sintonizada coloca a partir de la 0-14 nanómetro; las ranuras del espectrómetro varían a partir de 0-16 milímetros con una rejilla de 1200 groove/mm. Un filtro de orden-clasificación evita que la luz visible entre en el espectrómetro.

Se compila EEMs (las Figs. 2A y B) por nuestro software exclusivo de NANOSIZER® para determinar la composición de SWNT (Fig. 2C). Un algoritmo doble de la circunvolución (Patente U.S.A. Pendiente) en el NANOSIZER® calcula simultáneamente la línea dimensiones de una variable del coordenada de la longitud de onda de la excitación y de la emisión para cada especie; las contribuciones de todas las bandas espectrales en una región de interés se encuentran. Se dan los datos de EEM (Fig. 2, líneas llenas) y las simulaciones (correspondencias de contorno) a partir de dos suspensiones de SWNT de diversos procesos de fabricación distinguidos por diversa talla y las distribuciones helicoidales: método de alta presión del carbón-monóxido (HiPCO, Fig. 2A); método catalítico del cobalto-molibdeno (CoMoCAT, 2B). La Fig. 2A determina cinco especies principales de HiPCO; La Fig. 2B indentifies cuatro especies principales de CoMoCAT. La Fig. 2C, una correspondencia helicoidal de la especie encontrada en las Figs. 2A y B, traza ángulo helicoidal comparado con diámetro de SWNT contra la intensidad de la emisión (talla del símbolo). Observe que los tubos de HiPCO tienen un diámetro medio más grande que CoMoCAT. La simulación da el análisis exacto de la composición de SWNT en una PC Compatible con IBM en minutos.

Cuadro 2. excitación-emisión de Quantum (A y B) y (c) correspondencias helicoidales de las suspensiones de HiPCO y del Co-MoCAT SWNT, usando un NANOLOG®. Líneas llenas (A y B) son datos; los contornos del color son simulaciones. Las tallas del Símbolo (c) muestran las amplitudes relativas para HiPCO (círculos) y CoMOCAT (cuadrados), cada uno normalizada a los valores de 1.2 R para las simulaciones es 0,997 (HiPCO) y 0,999 (CoMoCAT).

Photoluminescence de los Puntos de Quantum

Bandas de amortiguación de los puntos de Quantum las' tienen características espectrales amplias y tuneabilidad exacta de sus bandas de la emisión. Sus espectros de amortiguación provienen muchas bandas de traslapo que aumentan en energías más altas. Cada banda de amortiguación corresponde a una energía-transición entre los energía-niveles discretos del electrón-agujero (excitón); puntos más pequeños dan un primer pico del excitón en longitudes de onda más cortas.

Se emite un fotón cuando un electrón cruza del borde de la conducción-banda a la banda de la valencia. La energía del Fotón es proporcional al bandgap, determinado por el radio del Bohr-Excitón del material a granel y la talla del punto del quantum (Fig. 3).

Cuadro 3. arresto de Quantum para los puntos del quantum. Las bandas de la Valencia y de la conductancia son azules y rojas, respectivamente. La Composición de los puntos A y B es idéntica; solamente el radio a granel varía en relación con el radio fijo del Bohr-Excitón.

Ventajas de los puntos de Quantum las' comparadas a los fluorophores orgánicos estándar son: Una única fuente puede excitar los puntos múltiples que emiten sobre un rango amplio, dando la exclusión selectiva de la luz de la excitación de la emisión medida. Los puntos de Quantum tienen altos dos rendimientos fluorescentes y fuertes de la amortiguación de fotón, así que son hasta 1000 veces más brillantes, para una mejor resolución de la proyección de imagen. Sus bandgaps armoniosos ofrecen aplicaciones tales como blanco-luz LED y otro las visualizaciones.

La Mayoría de los puntos del quantum se hacen de los elementos tóxicos (e.g., Pb, Cd, SE, y Te). Su photoluminescence puede ser sensible a las acciones recíprocas biológicas, de las aplicaciones tan la mayoría biológicas de los puntos del quantum requiere una capa (generalmente un copolímero del triblock), la representación los puntos no tóxicos pero también ayudando a conjugar los puntos a las antenas moleculares, y protegiendo los puntos contra agentes biomoleculares. La proyección de imagen conyugal del Anticuerpo de estos puntos puede ser útil para la diagnosis y el tratamiento del cáncer. Los puntos del quantum Cercano-IR pueden ayudar a una tejido-proyección de imagen más profunda, porque la luz cercano-IR penetra una luz que visible más profunda del tejido. Cursos de la vida del estado emocionado de los puntos de Quantum los' (2~10 ns) aumentan su valor para los instrumentos tiempo-resueltos de la fluorescencia. Muchas opciones de la conjugación y propiedades del emocionado-estado de puntos los hacen útiles para los biosensores basados en energía-transferencia de la resonancia de la fluorescencia.

Análisis Fotoluminiscente de OLEDs

De Acuerdo con las fino-películas, ventajas de la oferta de OLEDs sobre los LCDs: el ningún hacer excursionismo, emisión de la luz solamente de los pixeles activos para una potencia más inferior, un contraste y una color-fidelidad más alta, una emisión más brillante, visión-ángulos más amplios, una reacción temporal más rápida, una mejor temperatura-estabilidad, y deposición en los substratos flexibles o transparentes.

Un voltaje aplicado a través de mecanismos impulsores de un circuito de OLED los electrones (Fig. 4A) y agujeros (Fig. 4B) en la capa orgánica donde la recombinación ocurre para emitir los fotones (Fig. 4C). Aquí, los fotones de los emisores azules, verdes, y rojos rinden la luz blanca. La Composición, el espesor, y la relación entre las diversas capas regulan luminiscencia de OLED.

El Cuadro 4. operación en 3 escenarios, A de OLED a las flechas de C. White muestra el flujo de e-s (amarillo) y de los agujeros (blancos) de los electrodos. Starbursts en C es recombinación del electrón-agujero en la capa orgánica seguida por la emisión del fotón.

La Fig. 5 muestra la extinción fosforescente de un emisor Universal de la Visualización con un curso de la vida > de los µs 1, registrado en un TCSPC-FLUOROLOG®.

Cuadro 5. extinción Fosforescente de un emisor orgánico de un PHOLED, usando un ® de TCSPC-FLUOROLOG en el modo de la delantero-superficie (para las muestras sólidas), resolviendo de <100 picosegundo a > 200 µs. ëexc = 335 nanómetro NanoLED (pulsos de 800 picosegundos); ëem = 520 nanómetro. R2 para el cola-ajuste = 0,995.

Instrumentos de Spex® para los Puntos y OLEDs de Quantum

El espectrofluorómetro modular de FLUOROLOG® se equipa para ULTRAVIOLETA a las mediciones de estado estacionario y tiempo-resueltas del cercano-IR (de <100 picosegundo) para la investigación del photoluminescence. El instrumento puede hacer la anisotropía resuelta de estado estacionario y del tiempo para los movimientos moleculares y las dimensiones de una variable, con dos detectores de TCSPC: nuestro TBX-05 (300-850 nanómetro, 180 picosegundos), y la Hamamatsu 9170-75 (900-1700 nanómetro, 300 picosegundos). Los Monocromadores y las rejillas se ardieron para Ultravioleta-visible o el cercano-IR en el T-Formato puede optimizar el sistema. Un adaptador cambiable para la lámpara de xenón y NanoLED convierte entre los modos de estado estacionario y tiempo-resueltos. NanoLEDs es fuentes luminosas pulsadas de TCSPC (~1 ns = 200 picosegundos, 10 repetición de kHz-1 Megaciclos valora), incluyendo profundo-ULTRAVIOLETA (265, 280, y 295 nanómetro), y es permutable con SpectraLEDs (500 pulsos del ns al CW) para los estudios de la fosforescencia.

la Célula-Proyección de imagen, biosensing, y el circuito-análisis nanophotonic requieren la resolución microscópica, la sensibilidad espectral amplia, y rangos dinámicos y cinéticos anchos, con tal que nuestro microscopio confocal modular de DYNAMIC™ con la resolución de tiempo de estado estacionario picosegundo-a-ns, y correlacionando a 1 µm.

El sistema se puede acoplar al FLUOROLOG®. La Fig. 6 muestra puntos del quantum de los Cdes en un fulminante de semiconductor, junto con contribución tral de espec. de los puntos' (ëexc = 350 nanómetro).

El Cuadro correspondencia Espectral y espacial de 6. del quantum de CdSe puntea en una matriz de estado sólido de un fulminante de semiconductor. A es la imagen del brillante-campo; las manchas con código de color para las regiones espectrales de interés son los espectros de emisión (b).

Conclusiones

Para los investigadores de SWNTs, ofrecemos el NANOLOG® y el NANOSIZER®. Los Investigadores de los puntos del quantum pueden utilizar nuestro FLUOROLOG®. Para madurar tecnología de OLED, tenemos instrumentos de TCSPC para resolver cursos de la vida fluorescentes. Las aplicaciones Biológicas encontrarán el ™ DINÁMICO importante. HORIBA Científico tiene el espectrofluorómetro óptimo para la investigación de la nanotecnología en estas áreas.

Fuente: Nota de Aplicación del Grupo de la Fluorescencia de SPEX® F-28 “Nanophotonics con los Instrumentos de la Fluorescencia de HORIBA Científico”

Para más información sobre esta fuente visite por favor HORIBA Científico

Date Added: Jul 6, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 07:17

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