Besproken onderwerpen
Achtergrond
SWNT fotoluminescentie en de NanoLog ®
Fotoluminescentie van Quantum Dots
Fotoluminescente Analyse van de OLED's
Spex ® Instrumenten voor Quantum Dots en OLED's
Conclusies
Achtergrond
Dit artikel beschrijft een aantal toepassingen van fluorescentie instrumenten uit HORIBA Scientific tot nanofotonica, bijvoorbeeld, singlewalled koolstof nanobuisjes (SWNTs), quantum dots, en organic light-emitting diodes (OLED's).
Quantum confinement van invloed op nanomaterialen 'fotoluminescentie: als de halfgeleidende nanodeeltjes kleiner is dan Bohr-exciton de bulk materiaal straal, de bandgap energie is omgekeerd evenredig aan de grootte van nanodeeltjes. Kleinere nanodeeltjes hebben meestal een hogere energie-absorptie-en emissie-eigenschappen dan grotere nanodeeltjes van hetzelfde materiaal.
SWNT fotoluminescentie en de NanoLog ®
Fig. 1 schetst het proces van halfgeleidende SWNT fotoluminescentie. De dalende absorptie en emissie energieën van de individuele SWNT soorten correleren direct met een diameter van analyse van de radiale ademhaling modes van Raman spectroscopie. Bepaalde (n, m)-waarden van halfgeleidende SWNTs match voorspelde bandgaps tussen Valence en geleiding bands. (Metallic en semi-metallic SWNTs met continue valentie-en geleidingsvermogen-bands vertonen weinig of geen fotoluminescentie.)
Een NANOLOG ® (dubbel-rooster excitatie monochromator, imaging emissie spectrograaf met een selecteerbare-rooster torentje, en multichannel vloeistof-N 2-gekoelde InGaAs-array detector) heeft een optimale excitatie optiek voor SWNT onderzoek of elke vaste monster in haakse of front -face spiegel configuraties. De emissie spectrometer is selecteerbaar roosters in een turret bevestiging voor een snelle, eenvoudige overname van nabij-IR spectra. Een rooster is single-shot dekking van> 500 nm met een detector gevoelige 800-1700 nm.
Figuur 1. Halfgeleidende-SWNT fotoluminescentie absorptie en emissie. Geleiding bands zijn rood; valentie-bands zijn blauw. Elektronen zijn geel; gaten zijn witte cirkels. Kleine zwarte pijlen zijn straling of nonradiative overgangen van e-s of gaten tussen de verschillende band-niveaus. Vx en cx zijn specifieke valentie of geleidbaarheid bands.
Gecorrigeerd emissiespectra bieden Eems voor een bereik van golflengten, overnames neemt slechts enkele minuten. Excitatie bandpass varieert 0-14 nm; spectrometer spleten variëren van 0-16 mm met een 1200 groef / mm rooster. Een order-sorting filter voorkomt dat zichtbaar licht van het invoeren van de spectrometer.
Eems worden samengesteld (fig. 2A en B) door onze exclusieve NANOSIZER ®-software om SWNT samenstelling (Fig. 2C) te bepalen. Een dubbele convolutie-algoritme (. US afwachting) in de NANOSIZER ® berekent gelijktijdig excitatie en emissie golflengte te coördineren lijn vormen voor elke soort; bijdragen van alle spectrale banden in een regio van belang zijn aangetroffen. EEM gegevens (Fig. 2, vaste lijnen) en simulaties (contour kaarten) uit twee SWNT suspensies van de verschillende productieprocessen onderscheiden door verschillende grootte en haakse distributies worden gegeven: hoge druk koolmonoxide methode (HiPco, afb. 2A.); Kobalt molybdeen-katalytische methode (CoMoCAT, 2B). Fig. 2A identificeert vijf belangrijkste HiPco soorten; Fig. 2B identificeert vier belangrijkste CoMoCAT soorten. Fig. 2C, een spiraalvormige kaart van soorten die in Fig. 2A en B, percelen spiraalvormige hoek ten opzichte van SWNT diameter tegen de intensiteit van de emissie (symbool grootte). Merk op dat HiPco buizen een grotere gemiddelde diameter dan CoMoCAT hebben. De simulatie geeft nauwkeurige analyse van SWNT samenstelling op een IBM-compatibele pc in enkele minuten.
Figuur 2. Quantum excitatie-emissie (A en B) en haakse (C) kaarten van HiPco en Co-MoCAT SWNT suspensies, met behulp van een NANOLOG ®. Vaste lijnen (A en B) zijn gegevens, kleur contouren zijn simulaties. Symbool maten (C) tonen de relatieve amplitudes voor HiPco (cirkels) en CoMoCAT (vierkanten), die elk genormaliseerd op 1. R 2 waarden voor de simulaties zijn 0.997 (HiPco) en 0.999 (CoMoCAT).
Fotoluminescentie van Quantum Dots
Quantum dots 'absorptiebanden hebben een brede spectrale kenmerken en precieze tunability hun emissie-bands. Hun absorptie spectra komen voort uit een groot aantal overlappende bands steeds meer bij hogere energieën. Elke absorptieband komt overeen met een energie-overgang tussen discrete elektron-gat (exciton) energie-niveau; kleinere punten geven een eerste exciton piek bij kortere golflengten.
Een foton is uitgezonden wanneer een elektron doorkruist door geleiding-band rand aan valentieband. Foton energie is evenredig met bandgap, bepaald door Bohr-exciton de bulk materiaal straal en de quantum dot de grootte (afb. 3).
Figuur 3. Quantum opsluiting voor quantum dots. Valence en geleiding bands zijn blauw en rood, respectievelijk. Samenstelling van de punten A en B is identiek, alleen het grootste deel straal verschilt ten opzichte van de vaste Bohr-exciton radius.
Quantum dots 'voordelen ten opzichte van standaard organische fluoroforen zijn: Een enkele bron kan prikkelen meerdere puntjes uitzenden over een breed bereik, het geven van selectieve uitsluiting van excitatie licht van de gemeten emissie. Quantum dots hebben een hoge fluorescentie en sterke twee-foton absorptie van opbrengsten, zodat ze tot 1000 keer helderder, voor een betere beeldvorming resolutie. Hun afstembare bandgaps bieden toepassingen zoals wit-licht LED's en andere displays.
De meeste quantum dots zijn gemaakt van toxische elementen (bijvoorbeeld, Pb, Cd, Se en Te). Hun fotoluminescentie gevoelig kunnen zijn voor biologische interacties, zodat de meeste biologische toepassingen van quantum dots vereisen een coating (meestal een triblokcopolymeer), waardoor de puntjes niet giftig, maar ook helpen om de puntjes conjugaat om moleculaire probes, en bescherming van de punten van de biomoleculaire agenten . Antilichaamconjugaat beeldvorming van deze punten kan nuttig zijn voor de diagnose en behandeling van kanker. Near-IR quantum dots kan steun dieper weefsel-imaging, voor near-IR licht dringt weefsel dieper dan zichtbaar licht. Quantum dots 'aangeslagen toestand levens (2 ~ 10 ns) te verhogen hun waarde voor de time-fluorescentie-instrumenten. Veel vervoeging keuzes en opgewonden-state-eigenschappen van de punten maken ze handig voor biosensoren op basis van fluorescentie resonantie energie-overdracht.
Fotoluminescente Analyse van de OLED's
Op basis van dunne-films, OLED's bieden voordelen ten opzichte van LCD-schermen: geen achtergrondverlichting, emissie van licht alleen van actieve pixels voor lager vermogen, hoger contrast en kleur-fidelity, helderder emissie, bredere kijkhoeken, sneller tijdelijke reactie, betere temperatuur-stabiliteit, en depositie op flexibele en transparante substraten.
Een spanning die over een OLED-circuit drijft de elektronen (Fig. 4A) en de gaten (Fig. 4B) in de organische laag waar recombinatie ontstaat aan fotonen uitzenden (fig. 4C). Hier, fotonen van blauw, groen en rood zenders leveren wit licht. Samenstelling, dikte, en de relatie tussen de verschillende lagen te reguleren OLED-luminescentie.
Figuur 4. OLED-operatie in drie fasen, A naar C. Witte pijlen geven stroom van e-s (geel) en gaatjes (wit) van de elektroden. Starbursts in C zijn elektron-gat recombinatie in de organische laag, gevolgd door foton emissie.
Fig. 5 toont de fluorescerende verval van een Universal Display zender met een levensduur van> 1 microseconde, opgenomen op een TCSPC-FLUOROLOG ®.
Figuur 5. Phosphorescent verval van een organisch zender uit een PHOLED, met behulp van een TCSPC-FLUOROLOG ® voor-face modus (voor vaste monsters), het oplossen van van <100 ps tot> 200 microseconden. ëexc = 335 nm NanoLED (800 ps pulsen); Eem = 520 nm. R2 voor de staart-fit = 0,995.
Spex ® Instrumenten voor Quantum Dots en OLED's
De modulaire FLUOROLOG ® spectrofluorometer is ingericht voor UV tot het nabije-IR steady-state en tijdsopgeloste metingen (van <100 ps) voor fotoluminescentie onderzoek. Het instrument kan doen steady-state en de tijd opgelost anisotropie voor moleculaire bewegingen en vormen, met twee TCSPC detectoren: onze TBX-05 (300 tot 850 nm, 180 ps), en de Hamamatsu 9170-75 (900-1.700 nm, 300 ps ). Monochromatoren en roosters vlamde voor UV-zichtbare of bijna-infrarood in de T-formaat kunnen optimaliseren van het systeem. Een schakelbare adapter voor xenon lamp en NanoLED zet tussen de steady-state en tijdsopgeloste modes. NanoLEDs zijn gepulst TCSPC licht-bronnen (~ 1 ns tot = 200 ps, 10 kHz-1 MHz herhaling tarieven), waaronder diep-UV (265, 280, en 295 nm), en zijn uitwisselbaar met SpectraLEDs (500 ns pulsen naar CW ) voor fosforescentie studies.
Cell-imaging, biosensing, en nanofotonische circuit-analyse nodig microscopische resolutie, brede spectrale gevoeligheid en groot dynamisch bereik en kinetische, verzorgd door onze modulaire DYNAMIC ™ confocale microscoop met steady-state ps-to-ns tijdsresolutie, en in kaart brengen om een urn.
Het systeem kan worden gekoppeld aan de FLUOROLOG ®. Fig. 6 toont CdS quantum dots in een halfgeleider wafer, samen met de dots 'spec-traal bijdrage (ëexc = 350 nm).
Figuur 6. Spectral en ruimtelijke in kaart brengen van CdSe quantum dots in een solid state matrix van een halfgeleider wafer. A is het helder-veld beeld; gekleurde spots voor spectrale gebieden van belang zijn emissie-spectra (B).
Conclusies
Voor onderzoekers van SWNTs, bieden wij de NANOLOG ® en NANOSIZER ®. Onderzoekers van de quantum dots kunnen gebruik maken van onze FLUOROLOG ®. Voor het rijpen van OLED-technologie, moeten we TCSPC instrumenten om fluorescerende levens op te lossen. Biologische toepassingen vindt u de DYNAMIC ™ belangrijk. HORIBA Scientific heeft de optimale spectrofluorometer voor nanotechnologie onderzoek op deze gebieden.
Bron: SPEX ® Fluorescentie Group Application Note F-28 "Nanophotonics met fluorescentie Instruments van HORIBA Scientific"
Voor meer informatie over deze bron kunt u terecht op HORIBA Wetenschappelijk