Fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser

L’objectif global de cette procédure est de produire des microrésonateurs optiques pour les dispositifs laser, les circuits optiques et les capteurs optiques chimiques et biologiques. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des matériaux polymères fonctionnels, tels que l’optique des polymères, l’optoélectronique et l’électronique. Le principal avantage de cette technique simple et à faible consommation d’énergie est qu’elle utilise des polymères fonctionnels pour fabriquer des résonateurs optiques qui ont à la fois des propriétés optiques et électriques.

M. Okada, M. Zakarias et M. Oki, étudiants diplômés de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure. Pour commencer la méthode de diffusion de vapeur pour cette procédure, ajoutez cinq millilitres de méthanol dans un flacon de 50 millilitres. Ensuite, dissolvez deux milligrammes de polymères conjugués dans deux millilitres de chloroforme dans un flacon de cinq millilitres.

Placez soigneusement le flacon de cinq millilitres à l’intérieur du flacon de 50 millilitres. Après cela, bouchez le flacon de 50 millilitres. Incuber à 25 degrés Celsius pendant trois jours pour précipiter les microsphères de polymère.

Pour commencer la méthode de mini-émulsion, dissolvez cinq milligrammes de polymères conjugués dans un millilitre de chloroforme. Ensuite, dissolvez 30 milligrammes de SDS dans deux millilitres d’eau déminéralisée. Ajoutez 100 microlitres du mélange de polymères à la solution SDS.

À l’aide d’un homogénéisateur à ultra-haute vitesse, remuez pendant deux minutes à 30 000 tr/min. Laissez reposer l’émulsion pendant une journée sans que le capuchon n’évapore le chloroforme. Le lendemain, centrifugez la dispersion dans un tube à centrifuger de 1,5 millilitre pendant cinq minutes à 2 200 fois g.

Après avoir retiré le surnageant, ajoutez un millilitre d’eau déminéralisée et agitez vigoureusement. Répétez la centrifugation, l’élimination du surnageant et le lavage à l’eau trois fois pour éliminer complètement toute FDS résiduelle. Pour commencer la méthode de précipitation d’interface, dissoudre 20 milligrammes de polystyrène dans un milligramme de colorant fluorescent dans 20 millilitres de tétrahydrofurane.

Ajoutez un millilitre d’eau déminéralisée dans un microtube vide de 1,5 millilitre. Ensuite, versez doucement 0,2 millilitre de la solution de THF sur la couche d’eau, en prenant soin d’empêcher les couches de se mélanger. Laissez reposer le flacon pendant six heures sans que le bouchon ne précipite les microsphères de polymère.

Pour commencer, diluez une suspension de microsphères préparées 10 fois avec un solvant pauvre tel que le méthanol ou l’eau déminéralisée. À l’aide d’une coucheuse de rotation, coulez une goutte de la suspension diluée sur un substrat de quartz. Faites sécher à l’air libre le film coulé obtenu jusqu’à ce que les solvants se soient complètement évaporés.

Ensuite, transférez le substrat de quartz dans l’étage d’échantillonnage d’un microscope optique. Identifier une microsphère isolée et bien définie pour la mesure de la micro-photoluminescence. Réglez les conditions laser comme indiqué dans le protocole de texte et utilisez un faisceau laser focalisé pour irradier la microsphère.

À l’aide d’un spectromètre, enregistrez le spectre de photoluminescence. Ensuite, prenez une image fluorescente de la microsphère irradiée. Pour commencer, placez le substrat de quartz sur la platine d’échantillonnage d’un microscope optique.

Identifiez une seule microsphère bien définie. Ensuite, placez une micro-aiguille de tungstène sur un appareil de micromanipulation. À l’aide d’un contrôleur à écran tactile, déplacez la micro-aiguille et ramassez la microsphère.

Connectez la microsphère collectée à une autre microsphère unique et bien définie. Après cela, irradiez la microsphère avec un faisceau laser focalisé. Utilisez un spectromètre pour enregistrer le spectre de photoluminescence.

Ensuite, prenez une image fluorescente des microsphères irradiées. Dans cette étude, des microsphères de polymère bien définies sont fabriquées à l’aide de trois méthodes différentes. La méthode de diffusion de vapeur d’eau, la méthode de mini-émulsion et la méthode de précipitation d’interface.

La microscopie électronique à balayage montre que les méthodes de diffusion de vapeur et de précipitation d’interface produisent des microsphères à la morphologie de surface très lisse. Cependant, ceux obtenus par la méthode de la mini-émulsion sont rugueux car le tensioactif couvre toute la surface. La photoluminescence du mode galerie chuchotante est ensuite enregistrée pour une seule microsphère de polymère un, de polymère deux et de leur mélange.

Le facteur Q a été vu à 2 200 pour le polymère. Les microsphères composées de polymère deux n’ont cependant atteint que 300, peut-être en raison de leur morphologie de surface rugueuse. Les microsphères composées du mélange de polymères ont maintenu un facteur Q élevé de 1 500, probablement en raison de leur morphologie lisse.

Des microsphères polymorphes de polystyrène dopé à un colorant polaron avec des couleurs photoluminescentes de vert, jaune, orange et rouge ont été connectées pour former des tétrasphères afin d’étudier la cascade de transfert d’énergie intersphère. Le transfert d’énergie lumineuse du vert au jaune et du jaune à l’orange est considéré comme efficace, tandis que le transfert d’énergie de l’orange au rouge ne s’est pas produit en raison du faible chevauchement entre la bande photoluminescente du donneur d’énergie et la bande d’adsorption de l’accepteur d’énergie. Par conséquent, les transferts d’énergie convertis par le rouge à l’orange, le jaune et le vert se produisent rarement.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de ne pas oublier d’éviter de secouer les flacons, ce qui pourrait provoquer une précipitation rapide conduisant à des agrégats mal définis. Suite à cette procédure, d’autres méthodes telles que la polymérisation en émulsion et les méthodes de polymérisation par dispersion peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires telles que la préparation de sphères de polymère monodispersées pour l’application à des cristaux photoniques colloïdaux. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la science des polymères pour explorer des applications optiques et laser utilisant des polymères fonctionnels.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la préparation des résonateurs microoptiques par le processus d’auto-assemblage de bas en haut. N’oubliez pas que travailler avec des appareils laser doit prendre des précautions particulières pour se protéger des faisceaux laser qui nuisent à vos yeux.