Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Ogólnym celem tej procedury jest wyprodukowanie mikrorezonatorów optycznych do urządzeń laserowych, obwodów optycznych oraz chemicznych i biologicznych czujników optycznych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w sferze funkcjonalnych materiałów polimerowych, takich jak optyka polimerowa, optoelektronika i elektronika. Główną zaletą tej prostej i energooszczędnej techniki jest to, że wykorzystuje ona funkcjonalne polimery do wytwarzania rezonatorów optycznych, które mają zarówno właściwości optyczne, jak i elektryczne.

Procedurę zademonstrują panowie Okada, Zakarias i Oki, absolwenci mojego laboratorium. Aby rozpocząć metodę dyfuzji parowej dla tej procedury, dodaj pięć mililitrów metanolu do 50-mililitrowej fiolki. Następnie rozpuść dwa miligramy sprzężonych polimerów w dwóch mililitrach chloroformu w pięciomililitrowej fiolce.

Ostrożnie umieścić pięciomililitrową fiolkę wewnątrz 50-mililitrowej fiolki. Następnie zakręć fiolkę o pojemności 50 mililitrów. Inkubować w temperaturze 25 stopni Celsjusza przez trzy dni, aby wytrącić mikrosfery polimerowe.

Aby rozpocząć metodę mini-emulsji, rozpuść pięć miligramów sprzężonych polimerów w jednym mililitrze chloroformu. Następnie rozpuść 30 miligramów SDS w dwóch mililitrach wody dejonizowanej. Dodaj 100 mikrolitrów mieszaniny polimerów do roztworu SDS.

Używając homogenizatora o bardzo dużej prędkości, mieszaj przez dwie minuty przy 30 000 obr./min. Pozostawić emulsję na jeden dzień bez nakrętki w celu odparowania chloroformu. Następnego dnia odwiruj dyspersję w 1,5 mililitrowej probówce wirówkowej przez pięć minut przy 2,200 g.

Po usunięciu supernatantu dodać jeden mililitr wody dejonizowanej i energicznie wstrząsnąć. Powtórz wirowanie, usuwanie supernatantu i trzykrotne płukanie wodą, aby całkowicie usunąć wszelkie pozostałości SDS. Aby rozpocząć metodę wytrącania granic faz, rozpuść 20 miligramów polistyrenu w jednym miligramie barwnika fluorescencyjnego w 20 mililitrach tetrahydrofuranu.

Dodaj jeden mililitr wody dejonizowanej do pustej mikroprobówki o pojemności 1,5 mililitra. Następnie delikatnie wlej 0,2 mililitra roztworu THF na warstwę wody, uważając, aby warstwy się ze sobą nie zmieszały. Pozostawić fiolkę do odpoczynku przez sześć godzin bez nakrętki w celu wytrącenia mikrosfer polimerowych.

Na początek rozcieńczyć zawiesinę przygotowanych mikrosfer 10 razy słabym rozpuszczalnikiem, takim jak metanol lub woda dejonizowana. Za pomocą powlekarki wirowej odrzuć jedną kroplę rozcieńczonej zawiesiny na podłoże kwarcowe. Wysuszyć powstałą odlewaną folię na powietrzu, aż rozpuszczalniki całkowicie odparują.

Następnie przenieś podłoże kwarcowe na stolik próbki mikroskopu optycznego. Zidentyfikuj wyizolowaną i dobrze zdefiniowaną mikrosferę do pomiaru mikrofotoluminescencji. Ustaw warunki lasera zgodnie z opisem w protokole tekstowym i użyj skupionej wiązki laserowej do naświetlania mikrosfery.

Za pomocą spektrometru zarejestruj widmo fotoluminescencji. Następnie wykonaj fluorescencyjne zdjęcie napromieniowanej mikrosfery. Na początek umieść podłoże kwarcowe na stoliku na próbkę mikroskopu optycznego.

Zidentyfikuj pojedynczą dobrze zdefiniowaną mikrosferę. Następnie umieść mikroigłę wolframową na aparacie do mikromanipulacji. Za pomocą kontrolera z panelem dotykowym przesuń mikroigłę i podnieś mikrosferę.

Połącz zebraną mikrosferę z inną, dobrze zdefiniowaną mikrosferą. Następnie naświetlić mikrosferę skupioną wiązką lasera. Użyj spektrometru, aby zarejestrować widmo fotoluminescencji.

Następnie wykonaj fluorescencyjne zdjęcie napromieniowanych mikrosfer. W tym badaniu dobrze zdefiniowane mikrosfery polimerowe są wytwarzane przy użyciu trzech różnych metod. Metoda dyfuzji pary, metoda mini-emulsji i metoda wytrącania granic faz

Skaningowa mikroskopia elektronowa pokazuje, że metody dyfuzji pary i wytrącania granicy faz wytwarzają mikrosfery o bardzo gładkiej morfologii powierzchni. Jednak te uzyskane metodą mini-emulsji są szorstkie, ponieważ surfaktant pokrywa całą powierzchnię. Fotoluminescencja w trybie galerii szeptów jest następnie rejestrowana dla pojedynczej mikrosfery polimeru pierwszego, polimeru drugiego i ich mieszanki.

Współczynnik Q osiągnął wartość 2 200 dla polimeru jeden. Mikrosfery złożone z polimeru drugiego osiągnęły jednak tylko 300 punktów, prawdopodobnie ze względu na ich szorstką morfologię powierzchni. Mikrosfery złożone z mieszanki polimerów utrzymywały wysoki współczynnik Q wynoszący 1 500, prawdopodobnie ze względu na swoją gładką morfologię.

Polimorficzne, domieszkowane polaronem mikrosfery polistyrenowe o fotoluminescencyjnych kolorach zielonym, żółtym, pomarańczowym i czerwonym połączono w tetrasfery w celu zbadania międzysferowej kaskady transferu energii. Uważa się, że transfer energii świetlnej z koloru zielonego na żółty i z żółtego na pomarańczowy jest wydajny, podczas gdy transfer energii z pomarańczowego do czerwonego nie nastąpił z powodu niewielkiego nakładania się pasma fotoluminescencyjnego dawcy energii i pasma adsorpcji akceptora energii. W związku z tym transfery energii w górę, takie jak z czerwonego na pomarańczowy, żółty i zielony, prawie nie występują.

Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, aby unikać potrząsania fiolkami, co może spowodować szybkie wytrącanie się osadu prowadzącego do źle zdefiniowanych agregatów. Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak polimeryzacja emulsyjna i metody polimeryzacji dyspersyjnej, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak sposób przygotowania monodyspersyjnych kulek polimerowych do aplikacji na koloidalne kryształy fotoniczne. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się nauką o polimerach do zbadania zastosowań optycznych i laserowych z wykorzystaniem polimerów funkcjonalnych.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przygotować rezonatory mikrooptyczne w procesie samomontażu od dołu do góry. Nie zapominaj, że podczas pracy z urządzeniami laserowymi należy zachować szczególną ostrożność, aby chronić przed promieniami laserowymi, które szkodzą oczom.