Изготовление полимерных микросфер для оптического резонатора и лазерных приложений

Общей целью этой процедуры является получение оптических микрорезонаторов для лазерных устройств, оптических схем, химических и биологических оптических сенсоров. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области функциональных полимерных материалов, таких как полимерная оптика, оптоэлектроника и электроника. Основное преимущество этого простого метода с низким энергопотреблением заключается в том, что в нем используются функциональные полимеры для изготовления оптических резонаторов, обладающих как оптическими, так и электрическими свойствами.

Демонстрировать процедуру будут г-н Окада, г-н Закариас и г-н Оки, аспиранты моей лаборатории. Чтобы начать метод диффузии пара для этой процедуры, добавьте пять миллилитров метанола в 50-миллилитровый флакон. Далее растворите два миллиграмма сопряженных полимеров в двух миллилитрах хлороформа во флаконе объемом пять миллилитров.

Осторожно поместите пятимиллилитровый флакон внутрь 50-миллилитрового флакона. После этого закупорьте флакон объемом 50 миллилитров. Инкубируйте при температуре 25 градусов Цельсия в течение трех дней, чтобы выпасть в осадок полимерные микросферы.

Чтобы начать метод мини-эмульсии, растворите пять миллиграмм сопряженных полимеров в одном миллилитре хлороформа. Затем растворите 30 миллиграммов SDS в двух миллилитрах деионизированной воды. Добавьте в раствор SDS 100 микролитров полимерной смеси.

Используя высокоскоростной гомогенизатор, перемешивайте в течение двух минут при 30 000 об/мин. Дайте эмульсии отдохнуть в течение суток без крышки для выпаривания хлороформа. На следующий день центрифугируйте дисперсию в центрифужной пробирке объемом 1,5 миллилитра в течение пяти минут при 2, 200 раз изб.

После удаления надосадочной жидкости добавьте один миллилитр деионизированной воды и энергично встряхните. Повторите центрифугирование, удаление надосадочной жидкости и промывку водой три раза, чтобы полностью удалить остатки паспорта безопасности. Чтобы начать метод осаждения на границе раздела, растворите 20 миллиграмм полистирола в одном миллиграмм флуоресцентного красителя в 20 миллилитрах тетрагидрофурана.

Добавьте один миллилитр деионизированной воды в пустую микропробирку объемом 1,5 миллилитра. Затем аккуратно вылейте 0,2 миллилитра раствора ТГФ на слой воды, стараясь не допустить смешивания слоев. Дайте флакону отдохнуть в течение шести часов без крышки, чтобы выпасть в осадок полимерные микросферы.

Для начала разведите суспензию подготовленных микросфер в 10 раз с бедным растворителем, таким как метанол или деионизированная вода. С помощью прядильной установки отлитую копией разбавленной суспензии на кварцевую подложку. Полученную отлитую пленку высушите на воздухе до полного испарения растворителей.

Затем перенесите кварцевую подложку на предметный столик оптического микроскопа. Идентификация изолированной и четко определенной микросферы для измерения микрофотолюминесценции. Установите условия лазера, как указано в текстовом протоколе, и используйте сфокусированный лазерный луч для облучения микросферы.

С помощью спектрометра запишите спектр фотолюминесценции. Далее сделайте флуоресцентное изображение облучаемой микросферы. Для начала поместите кварцевую подложку на предметный столик оптического микроскопа.

Определите одну четко очерченную микросферу. Затем установите вольфрамовую микроиглу на микроманипуляционный аппарат. С помощью контроллера сенсорной панели переместите микроиглу и поднимите микросферу.

Соедините собранную микросферу с другой четко определенной микросферой. После этого облучают микросферу сфокусированным лазерным лучом. Используйте спектрометр для записи спектра фотолюминесценции.

Затем сделайте флуоресцентное изображение облученных микросфер. В этом исследовании четко определенные полимерные микросферы изготавливаются с использованием трех различных методов. Метод диффузии пара, метод мини-эмульсии и метод осаждения на границе раздела.

Сканирующая электронная микроскопия показывает, что с помощью методов диффузии пара и осаждения на границе раздела получаются микросферы с очень гладкой морфологией поверхности. Однако те, которые получены методом мини-эмульсии, являются грубыми, поскольку поверхностно-активное вещество покрывает всю поверхность. Затем регистрируется фотолюминесценция в режиме шепчущей галереи для одной микросферы из полимера один, полимера два и их смеси.

Коэффициент добротности достигал 2,200 для полимерного фактора. Однако микросферы, состоящие из двух полимеров, достигали только 300, возможно, из-за их шероховатой морфологии поверхности. Микросферы, состоящие из полимерной смеси, поддерживали высокий добротность 1500, вероятно, из-за его гладкой морфологии.

Полиморфные полистирольные микросферы, легированные поляронным красителем, с фотолюминесцентными цветами зеленого, желтого, оранжевого и красного цветов были соединены с образованием тетрасфер для исследования каскада межсферного переноса энергии. Передача световой энергии от зеленого к желтому и от желтого к оранжевому показана эффективной, в то время как передача энергии от оранжевого к красному не происходит из-за небольшого перекрытия между фотолюминесцентной полосой донора энергии и адсорбционной полосой акцептора энергии. Таким образом, передача энергии с красного на оранжевый, желтый и зеленый практически не происходит.

При выполнении этой процедуры важно помнить о том, что нельзя встряхивать флаконы, так как это может привести к быстрому выпадению осадка, что приведет к образованию нечетко определенных агрегатов. После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как методы эмульсионной полимеризации и дисперсионной полимеризации, чтобы ответить на дополнительные вопросы, например, как подготовить монодисперсные полимерные сферы для нанесения на коллоидные фотонные кристаллы. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области науки о полимерах к изучению оптических и лазерных приложений с использованием функциональных полимеров.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как подготовить микрооптические резонаторы методом самосборки снизу вверх. Не забывайте, что при работе с лазерными аппаратами нужно проявлять особую осторожность, чтобы защитить от лазерных лучей, которые наносят вред вашим глазам.