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Chemistry

利用 iccd 摄像机对无氧环境下的三重收集有机化合物进行光物理表征

doi: 10.3791/56614 Published: December 27, 2018

Summary

在这里, 我们提出了一种方法, 利用时间分辨光致发光光谱在无氧条件下的纳米秒至毫秒时间刻度上对有机分子进行光谱表征。本文还介绍了有效去除样品中的氧气, 从而限制发光淬火的方法。

Abstract

在这里, 我们提出了一个合理的方法, 利用超快 iccd 相机获取和分析时间分辨光致发光。该系统可获得光致发光光谱, 覆盖从纳秒到0.1秒的时间状态。这使我们能够跟踪随着时间的推移光谱的强度 (衰变) 和发射的变化。利用这种方法, 可以研究不同的光物理现象, 如磷光的发射, 以及在显示热激活延迟荧光 (tdf) 的分子中的提示和延迟荧光的贡献。值得注意的是, 所有的光谱和衰变都是在一个单一的实验中获得的。这可以用于固体 (薄膜、粉末、晶体) 和液体样品, 其中唯一的限制是相机的光谱灵敏度和激发波长 (532 纳米、355纳米、337 nm 和 266 nm)。因此, 在研究有机发光体的激发态动力学时, 这种技术对于其在有机发光二极管和其他三元收获至关重要的领域的应用非常重要。由于三胞胎状态被氧气强烈淬火, 因此必须正确制备具有高效 tadf 发光的发射体, 或显示室温磷光 (rtp) 的发射体, 以便从溶液和薄膜中去除任何溶解氧。否则, 将不会观察到长寿命的排放。本工作中提出的脱气固体样品的方法是基本而简单的, 但液体样品的脱气造成了额外的困难, 特别有趣。本文提出了一种最大限度地减少溶剂损失和改变样品浓度的方法, 同时仍然能够以非常有效和可重复的方式去除氧气。

Introduction

时间分辨光谱是有机发光二极管 (oled)123应用新材料研究的重要工具。这些技术对于最新一代的 oled 发射器尤其重要 [热激活延迟荧光 (tdf)45678或磷光 9,10,11个分子, 在那里可以在广泛的时间范围内 (长达几秒钟) 观察到光致发光过程。有趣的是, 这类技术也可用于研究设备中的电致发光, 在适当的时间制度12,13。上述方法一般侧重于以下时间依赖性特性, 这些特性涉及光致发光信号, 如衰变寿命、发射光谱的形状和能量及其对温度或其他因素的依赖。

总的来说, 最流行的时间分辨光谱方法是时间相关的单光子计数 (tcspc) 或其修改, 如多通道 tcspc。这种方法特别适用于以非常高的精度跟踪快速衰变, 通常是在纳秒的时间刻度上。然而, 它有一个主要的缺点, 因为它不允许跟随光致发光光谱的变化在一个简单的方式。这是解决使用条纹摄像头14,15。然而, 这两种方法都不适合遵循长寿命发光衰变。在这种情况下, 时间控控方法和多通道缩放是选择的方法。

在这项工作中, 我们讨论了时间门控获取光致发光信号在一个时间范围内的时间范围内, 小于一纳秒到0.1-1 秒在一个单一的实验16,17,18。此外, 由于所使用的探测器 (iccd 摄像机) 的灵敏度较高, 光谱的质量非常好。这使得观测到非常精细的发射光谱变化和详细的激发态动力学的调查, 确定在一个分子系统中不同的激发物种的发射。最近的一些出版物19202122、23、2425证实了这种设备的多功能性,26. 激发源是10hz 重复率为 nd:yag 激光器, 提供1至 30 hz 之间可变重复率的一套谐波 (266 nm、355 nm 和532纳米) 或氮激光器 (337 nm)。

imccd 摄像机的工作原理是基于图像增强器, 它不仅强化了入射光, 还起到了快门 (门) 的作用。增强器由对特定光谱范围 (紫外线 (uv)、可见光、红色和近红外 (nir)) 敏感的光阴极、微通道板 (mcp) 和荧光粉组成。通过改变光阴极, 可以使相机适应特定的用途。光极将传入的光子转换为在 mcp 中成倍增加的光电子, 然后撞击产生光子的荧光粉屏幕。这些光子通过透镜系统聚焦在 ccd 芯片上, 并转化为电信号。欲了解更多详情, 请参阅制造商的网页27

为了在 1 ns 至100毫秒的范围内收集具有足够信噪比的发射光谱, 积分 (曝光) 时间随着时间延迟的指数增长而呈指数级增长。这是由光致发光衰变的特性决定的, 在大多数系统中, 光致发光衰变遵循指数定律。

此处描述的方法可应用于几种样品的大小和形式, 包括表面不均匀、粉末或 19晶体的样品。样品架很容易适应, 以支持几个不同的试剂盒, 包括标准和脱气的试剂盒或流动杯。该设备可对所有在350-750 纳米范围内的光致发光样品进行研究。该系统还配备了液氮低温恒温器, 可对低至 77 k 的固体和液体样品进行温度依赖性测量, 并配备了闭式氦低温恒温器, 可对低至 15 k 的固体样品进行测量。这使得研究这样的现象, 如 tdf 和磷光。总之, 任何化合物或任何类型的样品, 在指定的区域和时间范围内发出, 并吸收激发激光可以在本设备中进行研究。

在研究具有长寿命发射的分子的光物理学时, 分子氧的去除是一个特别重要的问题。因此, 本文还详细介绍了脱气样品 (溶液和薄膜) 的实验过程。氧淬火影响长寿命的发光, 是研究延迟荧光和磷光的主要问题。然而, 这种淬火效应也有利于研究三元激发态对整体发光的贡献。这可用于测量脱气溶液膜的光致发光强度比 17,23。当三胞胎被氧气淬火时, 脱气与空气的排放比直接提供了关于长寿命状态的贡献的直接信息, 这些状态是造成长寿命排放 (以及如此延迟的荧光或磷光) 的原因。然后, 这可以用来提取有关有机 tasf 发射器中三元组形成的产量的信息。分子氧作为一种鸟类存在于三倍地态。在吸收能量的时候。1 ev, 三联氧气经历向单点激发态的过渡。通常情况下, 激发态分子的能量是单片和三倍的, 高于 1 ev。因此, 这种能量可以在碰撞时转移到氧气中。因此, 分子返回到基态或经历系统间交叉。

脱气溶液中最流行的方法之一是用没有氧气含量的中性气体 (通常是非常纯的氮气或氩) 起泡。这项技术在不同的研究领域 (电化学或光物理学)28293031非常有用。然而, 虽然这是一个简单的过程, 甚至对大多数目的有效, 但用中性气体清除溶液并不总是最充分的方法, 因为通过这种方法几乎不可能去除微量的氧气。此外, 由于其挥发性, 可能会发生严重的溶剂损失, 这可能导致所研究样品浓度的变化。但是, 这可以通过气体与溶液中使用的溶剂饱和度来防止。

这里描述的技术基于不同的原则。它可以将溶剂损失降至最低, 并提供可重复的氧气去除水平。该技术需要特殊的, 通常是自制的脱气杯, 包括一个石英细胞, 用于获取发光信号-荧光或磷光-和一个小玻璃瓶与球形形状的冷冻, 和一个阀门。脱气是在重复的冷冻/解冻循环下进行的。氧气提取是在真空中进行的, 样品在烧瓶室内, 在样品冻结的同时, 然后让样品在室温下平衡, 并关闭真空阀-在此期间, 溶液熔化发生,溶解在液相中的氧气被释放。这就需要使用 cuvette 本身、一个普通的旋转真空泵和一个液氮源进行冷却。该方法可用于多种溶剂, 最好是低熔点的溶剂, 如甲苯、乙醇、甲基环已烷、2-甲基四氢呋喃。使用这种技术的脱气解决方案是快速、高效和可靠的。

图 1显示了有机分子中的 tdf 和 rtp 发光是如何产生的方案。快速荧光、延迟荧光和磷光都可以用相同的测量设置进行记录。通过这种技术, 不仅可以记录发光衰减, 还可以记录时间分辨的发射光谱。这使得分子系统的表征和 rtp 和 tadf 发射器的简单识别成为可能。如图 3所示, tdf 发射器通常会在整个衰变过程中显示相同的发射光谱, 而 rtp 发射器则显示出短暂的荧光和在发射光谱上不同的长寿命磷光。

Protocol

注: 这些是在室温下无氧条件下进行一次时间分辨、长寿命发光测量的说明, 包括样品脱气的过程。文本描述了固体或液体样品的协议, 由于大多数步骤在这两种情况下都是相同的, 因此该协议中只适用于这两种类型之一的步骤被表示为 "薄膜" 或 "溶液"。协议中使用的样品和薄膜可以是任何种类的;因此, 样品制备和/或内容是不相关的, 不被披露。

注意: 有机溶剂的处理存在风险。使用前, 请参考材料安全数据表 (msds)。所有使用溶剂的操作都必须在工作的通风柜下进行。液氮存在风险, 因此在处理液氮时必须使用适当的个人防护设备 (ppe), 其中包括面部和手部保护 (面罩、手套)。蒸发后, 液氮的体积增加了 600倍;因此, 永远不要在完全封闭的容器中处理液氮。相反, 请使用适当的 dewar 烧瓶。在真空条件下使用玻璃设备时, 由于有内爆的风险, 应佩戴护目镜保护。大多数芳香族分子, 特别是那些新合成的, 存在已知或未知的健康风险。使用标准的实验室 ppe 和程序, 以避免与材料接触。协议中使用了4级激光。使用激光是危险的, 需要进行适当的培训。任何时候都必须佩戴覆盖激光发射光谱区域的防护设备 (护目镜)。

1. 使样品脱除

  1. 脱除解决方案
    1. 在选定的溶剂 (即甲苯、甲基环己烷、乙醇等) 中制备约 10-5 m 的特定发光化合物 ( 磷光金属复合物或 toluene 发射器)的溶液4毫升.
      注: 为了本协议的目的, 我们使用 3, 11-di(10 h-苯噻嗪-10-基) 二苯并 [a,j] 苯嗪作为排放器溶解在甲基环己烷作为溶剂。
    2. 将溶液 (4 毫升) 倒进脱气材料中, 然后关闭阀门。
    3. 使用标准的荧光光谱仪记录空气饱和溶液的光致发光光谱。使用与时间分辨实验相同的激发波长。
      注: 此处使用355纳米。
      注: 记录波长范围从 365 nm 到 800 nm 的光致发光谱。确保荧光以前记录在一个正常的荧光立方。
    4. 将真空泵连接到脱气立方的入口颈部。
    5. 抓住立方的入口颈部, 慢慢地将立方放入液氮中。偶尔摇一摇, 而立方是液氮。为确保整个溶液被冻结, 摇一摇圆形烧瓶检查立方。
    6. 打开真空泵, 打开进气门。在溶液冻结的情况下, 将真空保持 10分钟, 关闭进气门, 关闭真空泵。
    7. 慢慢地将小动物放入异丙醇中。偶尔摇晃杯状动物, 直到溶剂融化。如果脱气是成功的, 从溶液中流出的空气应该在第一个周期中观察到, 以气泡的形式。
      注: 溶剂损失主要发生在第一个冷冻/解冻循环中, 原因是用溶液润湿的杯内壁。用于冷冻的烧瓶外的任何溶液都显示出明显的波动, 因为它仍然处于室温状态。如果进行脱气以记录脱气到空气饱和系数, 最好的做法是将脱气后溶液的光致发光强度与从先前脱气中获得的空气饱和溶液进行比较。打开进气门, 搅拌溶液几分钟, 将再次产生空气饱和溶液。
    8. 重复步骤 1.1.5-1.1.7 共 3-5倍, 具体取决于所使用的溶剂。
    9. 使用水浴将溶液加热到室温, 或等待温度平衡。
    10. 记录脱气溶液的光致发光光谱, 如在步骤1.1.3。
      注: 此步骤是为了确保脱气成功, 并验证脱气时是否观察到光致发光的任何变化。如果记录了脱气到空气饱和系数, 请在1.1.7 的步骤后参考注释。
  2. 使固体薄膜脱气
    1. 将预先制备的薄膜放在样品夹处的尺寸拟合基板上, 并将其拧紧。典型的样品是掺杂聚合物膜 [聚 (甲基丙烯酸甲酯), 环烯烃聚合物) < 0.5 毫米厚, 沉积在 12 x 1 毫米的石英圆盘基板上。
      注: 为本议定书的目的, 使用了掺杂环烯烃聚合物的 3, 11 di(10h-苯噻嗪-10-基) 二苯嗪 [a,j] 苯嗪 (1% w/) 的薄膜。要在给定的圆盘基板上制备这样的样品, 请在甲苯 (100 mg/ml) 中使用10毫克聚合物溶液, 并在甲苯溶液 (1 mg/ml) 中将其与0.1 毫克的发光化合物混合。在90°c 下将样品干膜 30分钟, 或者在相同的时间内, 在室温下将样品置于旋转泵真空 (10-3- 10-10-2 毫巴) 下.
    2. 用真空罩覆盖支架, 确保其窗户面向激光束和准直镜片。关闭排气阀, 打开粗加工真空泵, 锁定护罩。
    3. 一旦样品空间中的压力达到 10-1毫巴, 打开涡轮分子泵。等待30分钟至 1小时, 以便彻底对样品进行气体化。
      注意: 脱气时间取决于所使用的样品。厚实的聚合物样品可能需要更长的时间才能脱气。为了找到样品脱气的条件, 我们建议在进行稳态实验 (用荧光计) 时, 注意对样品进行脱气所需的时间。监测从开始到没有观察到强度进一步变化的时刻的排放强度, 可以用来衡量充分脱气样品所需的时间。

2. 打开设备并设置实验

  1. 打开激光
    1. 打开激光系统。
    2. 调整输出泵功率, 等待约30分钟以预热和稳定光束。
    3. 使用功率计测量激光的通量。读数应为每个脉冲约 100μj (最大脉冲能量)。如有必要, 调整激光脉冲能量, 并使用中性密度滤波器将激励脉冲能量调整到指定的水平 (如有需要)。
      注: 为了用户的安全和避免样品损坏, 在典型的实验中, 激光脉冲能量不应超过每个脉冲100μj。如果样品的光致发光非常明亮, 则可以降低激光功率, 使探测器不饱和。
  2. 设置设备
    1. 打开测量系统。
      注: 测量系统包括激光 (如上所述)、imccd 摄像机、光谱仪和计算机, 这些系统应在协议的这一步骤中打开。
    2. 打开4个规格软件和光谱仪控制程序。设置测量参数 (光谱仪缝隙宽度、波长范围和收集的扫描次数)。
    3. 要访问相机的控制设置, 请选择"窗口"摄像.此时请确保相机已打开。软件现在与相机连接。设置零时间参数的延迟和积分时间: 981 ns 的延迟和 10 ns 的积分时间。然后, 可以使用这些参数来验证测量设置是否对齐。设置触发器–三叉戟。然后, 使用"发送"按钮将参数发送到相机。
      1. 设置扫描序列每个 exp扫描。到 100, 这表明100帧被记录 (100个脉冲的激光使用), 以产生一个光谱在延迟和门时间给出。使用窗口摄像机控制, 将 mcp 增益电压设置为 850 v。对于给定的参数, 使用的波长范围约为400-700 纳米 (取决于当前校准)。
    4. 启动单色仪, 并根据样品发射的光谱范围和强度设置缝隙和单色仪位置图。
      1. 将光谱仪位置设置为 650, 将炮塔设置为 1, 将轴向入口设置为1。按enter , 然后单击 "运行"。确保光谱仪正在运行, 这表明该命令已成功发送。
    5. 校准所选波长范围的系统。这是使用预先准备好的校准文件完成的。点击文件加载校准曲线, 并在 4个 spec 程序上选择适当的校准文件。加载文件后, 校准就完成了。
      注: 使用光谱仪位置650的校准文件。
      1. 准备一组延迟时间和相应的积分时间, 用于在测量过程中收集光谱。
      2. 请记住零时间, 因为软件中设置的所有延迟时间将是零时间和实际延迟时间的总和。对于延迟时间0、10、... 和 90 ns, 请使用 10 ns 集成时间。对于延迟时间100、200、... 和 900 ns, 请使用 100 ns 集成时间。对于延迟时间1、2、... 和 9μs, 请使用1μs 积分时间, 最后, 对于延迟时间 10, 20,..。90μs, 使用10μs 的积分时间。这可以扩展到激光脉冲规定的100毫秒时间窗口, 但在协议中不会使用此区域。
  3. 放置样品
    1. 放置解决方案
      1. 如果需要温度控制, 则将杯架安装在样品区域中, 或将试剂盒安装在低温恒温器中。
        注: 使用用于温度相关研究的脱气试剂盒类似于步骤1.1 中所述的脱气试剂盒的使用, 但尺寸经过调整以适合低温恒温器。
      2. 将脱气的试剂盒放入支架中, 并使用实验室支架将其固定。
      3. 通过仔细观察光致发光, 确保激光束击中立方。
      4. 覆盖样品单元, 以避免检测器记录任何室内光线, 并降低激光散射的风险。
    2. 放置影片
      1. 在样品区放置一个低温恒温器。继续执行步骤1.2 中的步骤。
      2. 通过仔细观察光致发光, 确保激光束击中样品。如有必要, 调整光束路径或低温恒温器位置。
      3. 覆盖样品单元, 以避免探测器记录任何室内光线, 并减少激光散射。
  4. 对齐样品和激光束路径
    1. 用快门覆盖激光束路径, 然后运行一个背景 (ctrl + d)。
    2. 展开光束路径并记录频谱 (ctrl + r)。
    3. (仅限电影)发射应位于相机图像的垂直尺寸的中间。如果没有, 请调整激光束位置/垂直方向的采样位置。
    4. (仅限电影)重复步骤2.4.2 和 2.4.3, 直到调整排放。
    5. 如果光谱不适合图像的水平尺寸, 请相应地调整单色仪的位置。对新的单色仪位置使用适当的校准曲线。
      注: 校准是通过使用标准的 hg-ar 校准灯完成的, 该指示灯具有从紫外线到近红外的广泛发射范围 (作为尖峰)。灯的光谱记录在指定的单色仪位置, 并使用相机软件, 像素位置被转换为波长, 因为校准灯的峰值位置是已知的。
    6. 如果最大发射强度小于 106,则增加 mcp 增益电压或扩大单色仪缝隙。探测器的饱和度被观察为光谱最大值的变形或图像中伪影的出现。如果观察到这一点, 请降低激光功率、mcp 增益电压或单色仪缝隙。
      注: 应避免使探测器饱和, 因为这可能会损坏 mcp。信号强度也可以通过调整激光束光斑的大小来调节。使用中性密度滤波器也可以降低激光束强度。
    7. 优化后, 系统即可使用。
  5. 设置实验
    1. 用快门覆盖激光路径。
    2. 使用ctrl + d快捷方式测量背景发射。
    3. 打开自动测量脚本, 并将实验文件的名称输入到文本框中。按enter 并输入实验文件的起始行。再次按enter键, 然后输入实验文件的最后一行。然后, 在末尾按enter运行脚本。自动脚本允许在文件中给出的一组不同的延迟时间测量发射。
    4. 完成后, 选择一个频谱并缩放。通过单击"文件" 将光谱导出到文件出口业务将曲线作为文本, 然后选择名称和目录。结果现在可以由相应的软件进行处理。

3. 完成实验

  1. 当所有计划的实验都完成后, 关闭设备, 在打开时按相反的顺序进行。
  2. (仅限电影)从低温恒温器中取出样品。
    1. 打开排气阀, 松开夹子, 取下真空罩。
    2. 从样品支架中取出样品。
    3. 将真空罩放回低温恒温器。
  3. (仅限解决方案)从支架上取下脱气的立方, 并将其清洗干净。
    注意: 按照研究所的废物管理规则处理溶剂。硝酸具有腐蚀性。使用时要小心。使用个人防护设备。只能在工作的通风柜下操作。
    注: 一般清洁程序是特定于使用的立方类型和进气门。某些阀门不应拆卸;因此, 必须在不拆卸阀门的情况下进行清洗。
    1. 打开进气门并处理溶液。
    2. 用丙酮冲洗幼杯, 注意清洗所有内壁。重复冲洗3倍。
    3. 如果对幼崽的清洁度有疑问, 请用水清洗, 然后用浓缩硝酸 (hno3) 填充, 并将其留在夜间。然后用去离子水彻底清洗, 并将其干燥。

Representative Results

记录了甲苯中铂基磷溶液的光致发光谱 (图 2)。空气饱和溶液几乎是非辐射的, 而脱气溶液则呈现出明亮的光致发光。图 3显示了甲苯溶液中 tdf 发射器的衰变分布 (图 3a)和同一实验中记录的时间分辨光谱 (图 3b), 其磷光谱记录在 80 k, 以及固体聚合物宿主中室温磷光分子的衰变剖面 (图 3c) 和同一实验中记录的时间分辨光谱 (图 3d), 其磷光谱记录在 80 k。

图 3显示了两组以两种不同分子的不同样品形式 (溶液和固体膜) 记录的数据。在图 3a 中, 可以区分两种时间机制: 在 ~ 100 ns 以下, 观察到迅速的荧光衰变, 而在后期, 观察到的是延迟荧光衰变。如图 3b 所示, 与提示荧光和延迟荧光相关的光谱几乎相互重叠, 正如预期的那样, 因为这种发射源自相同的电子状态。显示了低温下记录的磷光, 以便进行比较。tdf 发射器通常有一个小的单单三倍能量间隙;因此, 磷光光谱可能非常接近荧光。图 3c显示室温磷光有机分子的衰变。衰变可能看起来相似, 但光谱的比较 (图 3d) 证实, 延迟发射不是荧光, 而是磷光。如果长寿命的排放寿命特别长 (> 10 毫秒), 那么短期和长期制度之间缺乏点是典型的。原因是, 在这个时间制度下, 迅速荧光已经太弱, 无法观察到, 因为它已经腐烂了, 但长寿命的发射, 如果使用的时间比辐射寿命整合时间短得多, 仍然没有足够强, 可以被检测到。在室温和低温下记录的磷光光谱有显著差异, 因为分子表现出刚性。

值得注意的是, 该实验不仅能够记录长达90年的时间, 而且能够记录 8-9 0年的发射光谱和强度。光谱光滑, 质量好。

Figure 1
图 1: 显示三分收获分子之间差异的方案: 延迟荧光 (tdf) 和磷光 (rtp).这里介绍的协议 (如果通过温度相关的测量扩展) 可用于研究这些分子并记录其关键特性。注意: 在某些 rtp 分子中, 可能无法观察到迅速的荧光。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 光致发光光谱显示脱气溶液后光致发光强度增加.该图显示了脱气的甲苯溶液的铂基磷光元复合体使用本研究中提出的协议。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 具有代表性的结果.(a) 该面板显示甲苯中 tdf 发射器的发光衰变瞬态。(b) 该面板显示在同一实验中记录的代表性光谱, 其磷光谱记录在 80 k. (c) 该面板显示 rtp 分子在循环中的发光瞬态衰变烯烃聚合物。(d) 该面板显示 c 组所显示的同一实验中记录的光谱, 以及低温磷光光谱。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: 测量系统原理图.nd:yag 激光在355纳米时产生了第三谐波。激光击中样品, 样品吸收了部分光线, 不久后发出光致发光。然后对光致发光进行准直, 并聚焦在折射的光谱仪上。然后, imccd 摄像机对光线进行记录, 从而能够记录时域中的光谱。请注意固体和液体样品的配置。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 用于室温测量的脱气立方的照片.该试剂盒由石英荧光电池、玻璃冷冻瓶和阀门组成。所有元件都与玻璃管连接。请注意, cuvette 不是商业上可买的物品。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6: 用于低温实验的常规脱气立方和立方的比较.用于低温测量的立方与普通的立方非常相似。然而, 它装有一个长玻璃管, 以适应液氮低温恒温器的尺寸, 石英荧光细胞是由一块石英;因此, 它能够在广泛的温度范围内抵抗温度变化。请点击这里查看此图的较大版本.

Discussion

在这种方法中, 脱除解决方案是最关键的一点。塑料进气阀容易磨损, 系统不再密封。如有疑问, 建议用已知材料检查具有既定脱气系数的立方。这些小动物也是脆弱的;因此, 脱气应谨慎进行。

由于系统通常需要脉冲 nd:yag 激光, 因此必须定期对激光单元进行适当的维护。抽水闪光灯应定期更换, 这只能由合格的技术人员或其他有经验的人完成。

由于激光需要30分钟的加热时间, 因此在脱气样品之前打开激光是一种很好的做法。一旦样品被脱气, 激光就应该准备好进行测量。然而, 使用这种设备很难确定薄膜的脱气时间。因此, 用传统的荧光计进行稳态实验是值得的, 以估计脱气时间 (在向下泵送时光致发光强度的稳定)。

对于短命发射器 (荧光在几纳秒内衰变的发射器), 只记录少数光谱, 因为发射衰变会持续很短的时间。在这种情况下, tcspc 或条纹相机的性能会好得多。另一方面, 如果排放时间超过100毫秒 (磷光), 长寿命的排放器可能会出现问题。为了扩大有效时间窗, 在这些情况下使用了氮气激光。这样可以将激光的重复率降低到 1 hz, 并将时间窗口延长到1秒。

这里显示的协议只是模范, 是专门为一个新的和经验不足的用户。有经验的操作员可以通过各种不同的方式修改协议。如导言所述, 有可能通过更换光阴极来进一步开发该系统, 以扩大相机在红色和 (近红外) 中的灵敏度。

在这个实验的情况下, 数据分析是一项耗时的工作, 因为每个实验都给出了证明。100个光谱光谱必须除以积分时间才能重建发光衰变, 并且通常也归一化 (除以最大值、标准化或区域归一化), 以便于在不同延迟时间对光谱进行分析。在分析过程中, 正在寻找光谱的差异 (逐渐的红色或蓝色变化)。如果测量是在温度的函数下进行的, 那么光谱可以显示延迟荧光或磷光的存在, 或者两者兼而有之, 这取决于所使用的温度或时间延迟。通过将每个光谱除以各自的积分时间后, 通过绘制相对于时滞的综合发光谱来获得瞬态衰变。获得了光致发光瞬态衰变, 并可进行拟合, 以计算提示和延迟荧光或磷光的辐射寿命。

Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

导致这些成果的研究得到了欧洲联盟 "地平线 2020" 研究和玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里赠款协议 (excilight) 下的创新方案以及 epsrc epsrc 的资助。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Degassing cuvette Not commercial product
Nd:YAG laser EKSPLA EKSPLA NL204-0.5K-TH
Gated iCCD camera Stanford Computer Optics 4Quick Edig
Spectrograph Horiba Instruments inc. TRIAX180
Liquid nitrogen cryostat Janis Research
Helium closed cycle cryostat Cryomech
Fluorolog fluorometer Jobin Yvon
Liquid nitrogen Technical
Cyclo olefin polymer Zeon Zeonex 480
Toluene ROMIL H771 Toluene SpS

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References

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利用 iccd 摄像机对无氧环境下的三重收集有机化合物进行光物理表征
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Pander, P., Data, P., Dias, F. B. Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera. J. Vis. Exp. (142), e56614, doi:10.3791/56614 (2018).More

Pander, P., Data, P., Dias, F. B. Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera. J. Vis. Exp. (142), e56614, doi:10.3791/56614 (2018).

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