נושאים שידונו
רקע
Photoluminescence SWNT ואת NanoLog ®
Photoluminescence של נקודות קוונטיות
ניתוח photoluminescent של OLEDs
Spex ® מכשירים עבור נקודות קוונטיות ועל OLEDs
מסקנות
רקע
מאמר זה מתאר יישומים מסוימים של מכשירים הקרינה מן HORIBA מדעיים כדי nanophotonics, למשל, פחמן singlewalled (SWNTs), נקודות קוונטיות, אורגני דיודות פולטות אור (OLEDs).
כליאה קוונטית משפיע photoluminescence "ננו: כאשר nanoparticle מוליכים למחצה הוא קטן יותר מאשר הרדיוס של חומר בתפזורת בוהר-אקסיטון, האנרגיה bandgap עומד ביחס הפוך לגודל nanoparticle. חלקיקים קטנים יותר בדרך כלל יש ספיגת אנרגיה גבוהה יותר מאשר תכונות פליטת חלקיקים גדולים יותר של אותו החומר.
Photoluminescence SWNT ואת NanoLog ®
איור. 1 משרטט את התהליך של מוליכים למחצה photoluminescence SWNT. הפחתת פליטת הקליטה האנרגיות של מינים בודדים SWNT לתאם ישירות עם קוטר מניתוח מצבי נשימה רדיאלי של ספקטרוסקופית ראמאן. מסוימים (n, m) ערכים של מוליכים למחצה SWNTs להתאים bandgaps ניבא בין הערכיות להקות המוליכות. (SWNTs מתכתי למחצה מתכתי עם רציף הערכיות ו-מוליכות להקות להראות photoluminescence קטנה או לא.)
NANOLOG ® (הסורג פעמיים monochromator עירור, הדמיה הספקטרוגרף פליטה עם צריח צורמת לבחירה-, ואת רב נוזלי N 2 מקורר InGaAs מערך גלאי) יש אופטיקה עירור אופטימלית למחקר SWNT או כל מדגם מוצק בזווית ישרה או חזית פנים תצורות במראה. ספקטרומטר פליטה יש gratings לבחירה בהר צריח עבור הרכישה, מהיר וקל של ספקטרה ליד-IR. אחת צורמת יש יחיד ירה סיקור> 500 ננומטר עם גלאי רגיש 800-1700 ננומטר.
באיור 1. מוליכים למחצה, SWNT photoluminescence קליטה ופליטה. רצועות הולכה אדומות, להקות הערכיות כחולות. האלקטרונים הם צהוב, חורים הם עיגולים לבנים. חצים שחורים קטנים הם מעברים קרינה או nonradiative של e-s או חורים בין הלהקה ברמות שונות. VX ו cx הן ערכיות מסוימת או להקות המוליכות.
ספקטרום פליטה תוקן לספק EEMs עבור מגוון רחב של אורכי גל עירור, רכישות לקחת דקות בלבד. Bandpass עירור נע בין 0-14 ננומטר, חריצים ספקטרומטר להשתנות 0-16 מ"מ עם סבכת חריץ / 1200 מ"מ. על מנת לסנן, מיון מונע האור הנראה מלהיכנס ספקטרומטר.
EEMs מופקים (איורים 2 א ו - ב ') על ידי NANOSIZER הבלעדית שלנו ® התוכנה כדי לקבוע הרכב SWNT (איור 2C). אלגוריתם פיתול כפול (. האמריקני פט Pending) של ® NANOSIZER בו זמנית מחשב עירור ואת אורך הגל פליטת קו צורות לתאם עבור כל מין; תרומות מכל להקות רפאים באזור של עניין נמצאים. EEM נתונים (איור 2, שורות מוצק) וסימולציות (קונטור מפות) משני השעיות SWNT של תהליכי ייצור שונים להבדיל לפי גודל שונים הפצות הסליל מקבלים: בלחץ גבוה פחמן חד חמצני שיטה (HiPco, איור 2 א.); קובלט מוליבדן, שיטה קטליטי (CoMoCAT, 2B). איור. 2A מזהה חמישה מינים עיקריים HiPco; איור. 2B indentifies ארבעת המינים CoMoCAT הראשי. איור. 2C, מפה הסליל של מינים הנמצאים תאנים. 2A ו-B, מגרשים זווית הסליל לעומת בקוטר SWNT נגד עוצמת הפליטה (גודל סמל). שים לב צינורות HiPco יש קוטר ממוצע גדול יותר CoMoCAT. סימולציה נותן ניתוח מדויק של הרכב SWNT במחשב תואם IBM בתוך דקות.
איור 2. Quantum עירור של פליטת (A ו-B) ו הסליל (C) מפות של HiPco ושיתוף MoCAT השעיות SWNT, באמצעות NANOLOG ®. קווי מוצק (A ו-B) הם נתונים, קווי המתאר צבע סימולציות. גדלים סמל (C) להראות אמפליטודות היחסי HiPco (עיגולים) ו CoMOCAT (ריבועים), כל אחד מנורמל ל -1. R 2 ערכים עבור סימולציות הם 0.997 (HiPco) ו - 0.999 (CoMoCAT).
Photoluminescence של נקודות קוונטיות
להקות ספיגת הנקודות "Quantum יש תכונות ספקטרליות רחב tunability המדויק של להקות הפליטה שלהם. ספקטרום הקליטה שלהם נובעות להקות חופפים רבים הגדלת באנרגיות גבוהות. כל הלהקה הקליטה המתאים מעבר אנרגיה בין בדידה אלקטרון חור (אקסיטון) רמות האנרגיה; נקודות קטנות לתת לשיא אקסיטון הראשון אורכי גל קצרים יותר.
פוטון נפלט כאשר אלקטרון עובר מקצה ההולכה לפס הערכיות לפס. אנרגיית פוטון, הוא יחסי bandgap, נקבע על ידי רדיוס של חומר בתפזורת בוהר-אקסיטון ובגודל של נקודה קוונטית (איור 3).
3. איור קוונטית הכליאה של נקודות קוונטיות. להקות ערכיות ועל מוליכות הם כחול ואדום, בהתאמה. הרכב של נקודות A ו-B זהה, רק רדיוס בתפזורת משתנה ביחס רדיוס בוהר-אקסיטון קבוע.
יתרונות נקודות "Quantum לעומת fluorophores אורגנית תקן הם: מקור יחיד יכול לרגש נקודות מרובות פולטות על פני מגוון רחב, מתן הרחקה סלקטיבית של אור עירור של פליטת נמדד. נקודות קוונטיות יש פלורסנט גבוה וחזק שני הפוטונים התשואות הקליטה, ולכן הם עד 1000 פעמים בהירים, עבור הדמיה ברזולוציה טובה יותר. Bandgaps מתכונן שלהם להציע יישומים כגון לבן אור נוריות ומציג אחרים.
נקודות קוונטיות רוב עשויים מרכיבים רעילים (למשל, Pb, Cd, SE ו-Te). Photoluminescence שלהם עשוי להיות רגיש אינטראקציות ביולוגיות, כך יישומים ביולוגיים ביותר של נקודות קוונטיות דורשת ציפוי (בדרך כלל קופולימר triblock), מתן נקודות רעיל אלא גם עוזר המצומד את הנקודות כדי בדיקות מולקולריות, והגנה על נקודות מסוכני biomolecular . הנוגדן המצומד הדמיה של נקודות אלה עשוי להיות שימושי לאבחון וטיפול בסרטן. הקרוב IR נקודות קוונטיות עשוי לסייע רקמות עמוק הדמיה, עבור ליד-IR אור חודר רקמות עמוק יותר מאשר האור הנראה. חיים נרגש נקודות "Quantum המדינה (2 ~ 10 ns) להגדיל את ערכם עבור זמן לפתור מכשירים פלואורסצנטי. בחירות נטיה רבים ונרגשים המדינה המאפיינים של נקודות להפוך אותם שימושי עבור biosensors המבוססת על תהודה פלואורסצנציה העברת אנרגיה.
ניתוח photoluminescent של OLEDs
בהתבסס על דק סרטים, OLEDs מציעים יתרונות על פני צגי LCD: אין פליטה אחורית, אור רק פיקסלים פעיל חשמל נמוכה יותר, ניגודיות גבוהה יותר צבע נאמנות, פליטת בהיר, רחב יותר, זוויות צפייה, בתגובה הזמני מהר יותר, טוב יותר בטמפרטורה יציבות, בתצהיר על מצעים גמישים או שקופים.
מתח להחיל על פני מעגל OLED כוננים האלקטרונים (איור 4 א) ו חורים (איור 4B) לתוך שכבת אורגני שבו מתרחשת רקומבינציה לפלוט פוטונים (איור 4C). כאן, פוטונים מקרינת כחול, ירוק, אדום emitters תשואה אור לבן. הרכב, עובי, והקשר בין שכבות שונות להסדיר הארה OLED.
איור 4. פעולה OLED ב 3 שלבים, כדי להראות לבן חיצים ג זרימת e-s (צהוב) וחורים (לבן) מן האלקטרודות. סטארברסט ב-C הם אלקטרון חור רקומבינציה בשכבת אורגני ואחריו פליטת פוטון.
איור. 5 מראה את הריקבון זרחני של פולט התצוגה האוניברסאלית עם חיים שלמים של> 1 μs, נרשם על TCSPC-FLUOROLOG ®.