Los temas cubiertos
Fondo
Fotoluminiscencia SWNT y el NanoLog ®
Fotoluminiscencia de los puntos cuánticos
Análisis fotoluminiscente de los OLED
Spex ® Instrumentos de puntos cuánticos y los OLED
Conclusiones
Fondo
Este artículo describe algunas aplicaciones de los instrumentos de fluorescencia de HORIBA Científico de nanofotónica, nanotubos, por ejemplo, el carbono singlewalled (nanotubos), los puntos cuánticos, y orgánicos diodos emisores de luz (OLED).
Confinamiento cuántico afecta fotoluminiscencia de los nanomateriales: cuando las nanopartículas semiconductoras es menor que el radio de Bohr-excitón el material a granel, la energía gap es inversamente proporcional al tamaño de las nanopartículas. Pequeñas nanopartículas por lo general tienen una mayor absorción de energía y las propiedades de emisión de nanopartículas grandes del mismo material.
Fotoluminiscencia SWNT y el NanoLog ®
Fig. 1 esboza el proceso de semiconductores fotoluminiscencia SWNT. Las energías de la disminución de absorción y emisión de las especies SWNT individuales se correlacionan directamente con diámetros a partir del análisis de los modos de respiración radial de la espectroscopia Raman. Determinado (n, m) los valores de semiconductores SWNT coinciden bandas prohibidas previsto entre bandas de valencia y la conductancia. (Nanotubos metálicos y semi-metálicos con continua de valencia y la conductancia de las bandas de fotoluminiscencia muestran poca o ninguna.)
A NanoLog ® (doble rejilla monocromador de excitación, espectrógrafo de imágenes de emisión con una torreta seleccionable-reja, y multicanal líquido N 2 refrigerado por InGaAs-array detector) tiene la óptica de excitación óptima para la investigación SWNT o cualquier otra muestra sólida en ángulo recto o frontal cara configuraciones de espejo. El espectrómetro de emisión tiene rejillas seleccionable en un montaje de la torreta para la adquisición rápida y fácil de infrarrojo cercano espectros. Una rejilla tiene un solo disparo cobertura de> 500 nm con un detector sensible 800 a 1700 nm.
Figura 1. Semiconductores-SWNT la absorción y la emisión de fotoluminiscencia. Bandas de conducción son de color rojo, bandas de valencia son de color azul. Los electrones son de color amarillo, los agujeros son círculos blancos. Pequeñas flechas de color negro son las transiciones radiativas o no radiante de e-s o huecos entre los diferentes niveles de banda. Vx y CX son específicos de valencia o las bandas de la conductancia.
Espectros de emisión corregido proporcionar EEM para una amplia gama de longitudes de onda de excitación; adquisiciones tomar sólo unos minutos. Rangos de excitación de paso de banda 0-14 nm; cortes varían de un espectrómetro de 0-16 mm con una ranura de 1,200 / mm rejilla. Un filtro de orden de clasificación impide que la luz visible de entrar en el espectrómetro.
EEM se compilan (Figs. 2A y B) por nuestra exclusiva Nanosizer ® para determinar la composición de SWNT (Fig. 2C). Un algoritmo de convolución doble (. Patente de EE.UU. en trámite) en el Nanosizer ® al mismo tiempo calcula la longitud de onda de excitación y de emisión de forma recta de coordenadas para cada especie, las contribuciones de todas las bandas del espectro en una región de interés se encuentran. EEM de datos (Fig. 2, líneas continuas) y las simulaciones (mapas de curvas) a partir de dos suspensiones de nanotubos de diferentes procesos de fabricación se distingue por diferentes tamaños y distribuciones de hélice se les da: de alta presión de monóxido de carbono método (HiPco, Fig. 2A.) Cobalto -molibdeno catalizador método (CoMoCAT, 2B). Fig. 2A identifica cinco principales especies HiPco, fig. 2B identifica cuatro especies CoMoCAT principal. Fig. 2C, un mapa helicoidal de especies que se encuentran en las figuras. 2 A y B, lotes ángulo helicoidal en función del diámetro SWNT contra la intensidad de la emisión (tamaño del símbolo). Tenga en cuenta que los tubos HiPco tienen un diámetro más grande significa que CoMoCAT. La simulación ofrece un análisis preciso de la composición de SWNT en un PC compatible con IBM en cuestión de minutos.
Figura 2. Cuántica de excitación-emisión (A y B) y helicoidal (C) mapas de HiPco y Co-MoCAT suspensiones SWNT, utilizando un NanoLog ®. Las líneas continuas (A y B) son los datos, los contornos de color son simulaciones. Los tamaños de símbolo (C) muestra amplitudes relativas de HiPco (círculos) y CoMOCAT (cuadrados), cada uno normalizado a 1. R 2 valores para las simulaciones son 0.997 (HiPco) y 0,999 (CoMoCAT).
Fotoluminiscencia de los puntos cuánticos
Las bandas de los puntos cuánticos de absorción tienen amplias características espectrales y tunability precisa de las bandas de su emisión. Su madre la absorción de los espectros de muchas bandas se superponen cada vez mayor a altas energías. Cada banda de absorción corresponde a una energía de transición entre los discretos electrón-hueco (excitón) los niveles de energía, puntos más pequeños dan un pico excitón por primera vez en longitudes de onda cortas.
Un fotón es emitido cuando un electrón pasa desde el borde de banda de conducción a la banda de valencia. La energía fotónica es proporcional a la banda prohibida, determinado por Bohr-excitón radio el material a granel y el tamaño del punto cuántico (Fig. 3).
Figura 3. Cuántica confinamiento de los puntos cuánticos. Bandas de valencia y la conductancia son de color azul y rojo, respectivamente. Composición de los puntos A y B es igual, sólo varía el radio mayor en relación a los servicios fijo-excitón de Bohr radio.
Ventajas puntos cuánticos 'en comparación con el estándar de fluoróforos orgánicos son: Una sola fuente puede excitar varios puntos que emiten en un rango amplio, lo que la exclusión selectiva de la luz de excitación de las emisiones registradas. Los puntos cuánticos fluorescentes tienen un alto y fuerte de dos fotones produce la absorción, por lo que son hasta 1000 veces más brillante, para la resolución de imagen mejor. Sus bandas prohibidas ajustables ofrecen aplicaciones tales como LEDs de luz blanca y otras pantallas.
La mayoría de los puntos cuánticos están hechos de elementos tóxicos (por ejemplo, Pb, Cd, Se, y Te). Su fotoluminiscencia pueden ser sensibles a las interacciones biológicas, por lo que la mayoría de aplicaciones biológicas de los puntos cuánticos requieren una capa (por lo general un copolímero de bloque triple), lo que hace que los puntos no es tóxico, pero también ayudando a conjugar los puntos de sondas moleculares, y la protección de los puntos de los agentes biomoleculares . Imágenes de anticuerpos conjugados de estos puntos pueden ser útiles para el diagnóstico y tratamiento del cáncer. Infrarrojo cercano puntos cuánticos pueden ayudar a los tejidos más profundos de imágenes, para ver de cerca-IR luz penetra en el tejido más profundo que la luz visible. Los puntos cuánticos vidas 'estado excitado (2 ~ 10 ns) aumentar su valor para resolver el tiempo los instrumentos de fluorescencia. Muchas opciones de conjugación y en estado excitado propiedades de los puntos que sean útiles para biosensores basados en la resonancia de fluorescencia de transferencia de energía.
Análisis fotoluminiscente de los OLED
Sobre la base de películas delgadas, las ventajas OLEDs ofrecen más de pantallas LCD: sin emisión de luz de fondo, de la única luz de píxeles activos de menor consumo de energía, un mayor contraste y fidelidad de color, brillo de las emisiones, los ángulos de visión más amplio, la respuesta temporal rápido, una mejor estabilidad de la temperatura, y la deposición sobre sustratos flexibles y transparentes.
Un voltaje aplicado a través de un circuito OLED unidades de los electrones (Fig. 4A) y agujeros (Fig. 4B) en la capa orgánica donde se produce la recombinación de emitir fotones (Fig. 4C). Aquí, los fotones del azul, verde y rojo rendimiento emisores de luz blanca. Composición, el espesor y la relación entre las diferentes capas regular luminiscencia OLED.
Figura 4. OLED operación en tres fases, la A a la C. Las flechas blancas muestran el flujo de e-s (amarillo) y los agujeros (blanco) de los electrodos. Destellos en C son la recombinación electrón-hueco en la capa orgánica seguido por emisión de fotones.
Fig. 5 muestra la descomposición fosforescente de un emisor de Universal Display con una vida de> 1 ms, grabado en un TCSPC-Fluorolog ®.
Figura 5. Descomposición fosforescente de un emisor orgánico de una PHOLED, utilizando un TCSPC-Fluorolog ® en el modo de primera cara (para muestras sólidas), la resolución de <100 ps de> 200 ms. ëexc = 335 nm NanoLED (800 ps pulsos); eem = 520 nm. R2 para la cola-fit = 0,995.
Spex ® Instrumentos de puntos cuánticos y los OLED
El sistema modular de Fluorolog espectrofluorómetro ® está equipado de UV a IR cercano mediciones en estado estacionario y resueltas en el tiempo (de <100 ps) para la investigación de fotoluminiscencia. El instrumento puede hacer anisotropía en estado estacionario y el tiempo para resolver los movimientos moleculares y formas, con dos detectores de TCSPC: nuestra TBX-05 (300-850 nm, 180 ps), y el Hamamatsu 9170-75 (desde 900 hasta 1700 nm, 300 ps ). Monocromadores y rejas abrieron para UV-visible o infrarrojo cercano en la T-formato puede optimizar el sistema. Un adaptador conmutable para la lámpara de xenón y la convierte NanoLED entre en estado estacionario y resuelta en el tiempo los modos. NanoLEDs son pulsadas TCSPC fuentes de luz (~ 1 ns = 200 ps, 10 kHz-1 las tasas de repetición MHz), incluida la profunda UV (265, 280 y 295 nm), y son intercambiables con SpectraLEDs (500 ns pulsos de CW ) para los estudios de fosforescencia.
Células de imagen, biosensores, circuitos nanofotónicos y análisis requieren una resolución microscópica, la sensibilidad espectral amplio, y un amplio rango dinámico y cinética, proporcionada por nuestros modular DINÁMICA ™ microscopio confocal con el estado de equilibrio el tiempo de resolución ps-a-ns, y la asignación de un micras.
El sistema puede ser acoplado a la Fluorolog ®. Fig. 6 muestra CdS puntos cuánticos en una oblea de semiconductores, junto con los puntos "espectrales contribución (ëexc = 350 nm).
Figura 6. Mapeo espectral y espacial de los puntos cuánticos CdSe en una matriz de estado sólido de una oblea de semiconductor. Una es la imagen de campo claro, con códigos de color puntos para las regiones espectrales de interés son espectros de emisión (B).
Conclusiones
Para los investigadores de los nanotubos, le ofrecemos la NanoLog ® y Nanosizer. Los investigadores de los puntos cuánticos pueden utilizar nuestro Fluorolog ®. Para la maduración de la tecnología OLED, que tenemos instrumentos para resolver TCSPC vida fluorescentes. Aplicaciones biológicas se encuentra la DINÁMICA ™ importante. HORIBA Científico tiene la espectrofluorómetro óptimo para la investigación en nanotecnología en estas áreas.
Fuente: SPEX ® Nota de fluorescencia de aplicación del Grupo F-28 "Nanofotónica con instrumentos de fluorescencia de HORIBA científica"
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