ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר מיקרו-תהודה אופטית למכשירי לייזר, מעגלים אופטיים וחיישנים אופטיים כימיים וביולוגיים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום החומר הפולימרי הפונקציונלי כגון אופטיקה פולימרית, אופטואלקטרוניקה ואלקטרוניקה. היתרון העיקרי של טכניקת צריכת אנרגיה פשוטה ונמוכה זו הוא שהיא משתמשת בפולימרים פונקציונליים לייצור מהודים אופטיים בעלי תכונות אופטיות וחשמליות כאחד.

ידגימו את ההליך מר אוקאדה, מר זכריאס ומר אוקי, סטודנטים לתארים מתקדמים מהמעבדה שלי. כדי להתחיל בשיטת דיפוזיה של אדים להליך זה, הוסף חמישה מיליליטר מתנול לבקבוקון של 50 מיליליטר. לאחר מכן, ממיסים שני מיליגרם של פולימרים מצומדים בשני מיליליטר כלורופורם בבקבוקון של חמישה מיליליטר.

הנח בזהירות את הבקבוקון של חמישה מיליליטר בתוך הבקבוקון של 50 מיליליטר. לאחר מכן, מכסים את הבקבוקון של 50 מיליליטר. דגירה בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס למשך שלושה ימים כדי לזרז את המיקרוספירות הפולימריות.

כדי להתחיל בשיטת המיני אמולסיה, ממיסים חמישה מיליגרם של פולימרים מצומדים במיליליטר אחד של כלורופורם. לאחר מכן, ממיסים 30 מיליגרם SDS בשני מיליליטר מים נטולי יונים. הוסף 100 מיקרוליטר מתערובת הפולימר לתמיסת SDS.

בעזרת הומוגנייזר במהירות גבוהה במיוחד, מערבבים שתי דקות בחום של 30,000 סל"ד. הניחו לאמולסיה לנוח יום אחד ללא הפקק כדי לאדות את הכלורופורם. למחרת, צנטריפוגה את הפיזור בצינור צנטריפוגה של 1.5 מיליליטר למשך חמש דקות ב-2, 200 פעמים גרם.

לאחר הסרת הסופרנטנט, הוסיפו מיליליטר אחד של מים נטולי יונים ונערו במרץ. חזור על הצנטריפוגה, הסרת הסופרנטנט ושטיפת המים שלוש פעמים כדי להסיר לחלוטין את כל שאריות ה-SDS. כדי להתחיל בשיטת המשקעים בממשק, ממיסים 20 מיליגרם פוליסטירן במיליגרם אחד של צבע פלואורסצנטי ב-20 מיליליטר טטרהידרופורן.

הוסף מיליליטר אחד של מים נטולי יונים למיקרו-צינור ריק של 1.5 מיליליטר. לאחר מכן, שפכו בעדינות 0.2 מיליליטר מתמיסת ה-THF על שכבת המים, והקפידו למנוע מהשכבות להתערבב יחד. הניחו לבקבוקון לנוח במשך שש שעות ללא הפקק כדי לזרז את המיקרוספירות הפולימריות.

כדי להתחיל, יש לדלל תרחיף של מיקרוספירות מוכנות פי 10 עם ממס גרוע כמו מתנול או מים נטולי יונים. בעזרת ציפוי ספין, ספין יצק טיפה אחת מהמתלה המדולל על מצע קוורץ. יבש באוויר את הסרט היצוק שנוצר עד שהממיסים התאדו לחלוטין.

לאחר מכן, העבירו את מצע הקוורץ לשלב הדגימה של מיקרוסקופ אופטי. זהה מיקרוספירה מבודדת ומוגדרת היטב למדידת מיקרו-פוטו-לומינסנציה. הגדר את תנאי הלייזר כמפורט בפרוטוקול הטקסט והשתמש בקרן לייזר ממוקדת כדי להקרין את המיקרוספרה.

בעזרת ספקטרומטר, רשום את ספקטרום הפוטו-לומינסנציה. לאחר מכן, צלמו תמונה פלואורסצנטית של המיקרוספירה המוקרנת. כדי להתחיל, הנח את מצע הקוורץ על שלב הדגימה של מיקרוסקופ אופטי.

זהה מיקרוספירה אחת מוגדרת היטב. לאחר מכן, הניחו מיקרו-מחט טונגסטן על מכשיר מיקרומניפולציה. באמצעות בקר לוח מגע, הזז את המיקרו-מחט והרם את המיקרוספרה.

חבר את המיקרוספירה שנאספה למיקרוספירה אחת מוגדרת היטב. לאחר מכן, הקרינו את המיקרוספירה בקרן לייזר ממוקדת. השתמש בספקטרומטר כדי להקליט את ספקטרום הפוטו-לומינסנציה.

לאחר מכן, צלם תמונה פלואורסצנטית של המיקרוספירות המוקרנות. במחקר זה, מיקרוספירות פולימריות מוגדרות היטב מיוצרות בשלוש שיטות שונות. שיטת דיפוזיה של אדים, שיטת מיני-אמולסיה ושיטת משקעי הממשק.

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק מראה כי שיטות דיפוזיה של אדים ומשקעי ממשק מייצרות מיקרוספירות עם מורפולוגיה חלקה מאוד של פני השטח. עם זאת, אלה המתקבלים בשיטת המיני אמולסיה הם מחוספסים מכיוון שחומר פעילי השטח מכסה את כל פני השטח. לאחר מכן נרשמת הפוטו-לומינסנציה של מצב הגלריה הלוחשת עבור מיקרוספירה אחת של פולימר אחד, פולימר שני והתערובת שלהם.

גורם ה-Q נראה כ-2,200 עבור פולימר אחד. עם זאת, מיקרוספירות המורכבות מפולימר 2 הגיעו רק ל-300, אולי בגלל מורפולוגיה מחוספסת של פני השטח שלהן. מיקרוספירות המורכבות מתערובת הפולימרים שמרו על מקדם Q גבוה של 1,500 ככל הנראה בגלל המורפולוגיה החלקה שלה.

מיקרוספירות פולימורפיות מסוממות בצבע פולרון עם צבעים פוטו-לומינסצנטיים של ירוק, צהוב, כתום ואדום חוברו ויצרו טטרספרות כדי לחקור את מפל העברת האנרגיה הבין-ספרתית. העברת אנרגיית האור מירוק לצהוב ומצהוב לכתום נראית יעילה בעוד שהעברת האנרגיה מכתום לאדום לא התרחשה בגלל החפיפה הקטנה בין פס הפוטו-לומינסנט של תורם האנרגיה לפס הספיחה של מקבל האנרגיה. לכן, העברות אנרגיה מומרים כגון מאדום לכתום, צהוב וירוק כמעט ולא מתרחשות.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להימנע מטלטול הבקבוקונים שעלול לגרום למשקעים מהירים המובילים לאגרגטים לא מוגדרים. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו פילמור תחליב ופיזור שיטות פילמור על מנת לענות על שאלות נוספות כמו כיצד להכין כדורי פולימר מונודיסטרי ליישום על גבישים פוטוניים קולואידיים. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום מדעי הפולימרים לחקור יישומים אופטיים ולייזרים באמצעות פולימרים פונקציונליים.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להכין מהודים מיקרואופטיים על ידי תהליך הרכבה עצמית מלמטה למעלה. אל תשכח שעבודה עם מכשירי לייזר צריכה להקפיד במיוחד על הגנה מפני קרני לייזר הפוגעות בעיניים שלך.