Wissenschaftler entwickeln ein rein organisches UV-On-Chip-Spektrometer | 2020

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Anonim

Es ist eine Premiere in einem eher spezialisierten Forschungsgebiet, Licht nahe dem unsichtbaren Ende des Spektrums mit einer Wellenlänge von etwa 400 nm einzufangen und zu manipulieren.

"Das eigentliche Himmelsziel ist ein winziger Chip, der ein ganzes Spektrometer ist. Er kann also das Absorptions- oder Lumineszenzspektrum von allem messen, das Licht absorbieren oder emittieren kann. Dies ist ein Schritt in diese Richtung", sagte Joseph, Wissenschaftler im Ames Laboratory Shinar.

Während das Interesse an sichtbaren OLEDs als Alternative zu herkömmlichen LEDs in weit verbreiteten Anwendungen wie der Unterhaltungselektronik groß war, wurden OLEDs im ultravioletten Spektrum viel weniger untersucht. "Und das hat es nicht geschafft, die steigende Nachfrage nach kleinen, flexiblen Geräten für analytische Anwendungen zu befriedigen", erklärte Ruth Shinar, Wissenschaftlerin am Microelectronics Research Center der Iowa State University.

"Solche Geräte können zum Nachweis in den Bereichen Lebensmittelsicherheit, Wasserqualität, medizinische Diagnose und in anderen Bereichen eingesetzt werden, in denen eine Biosensorik erforderlich ist. Sie können in der Hand gehalten, im Feld eingesetzt und möglicherweise kostengünstig und wegwerfbar sein."

In der Arbeit der Forscher werden die Effekte optischer Mikrokavitäten ausgenutzt, bei denen es sich um Strukturen handelt, die von den reflektierenden Oberflächen auf beiden Seiten eines optischen Mediums gebildet werden. Die geringe Größe der Mikrokavitäten verändert das Verhalten der Lichtwellenlängen. Diese veränderten Eigenschaften ermöglichen die Abstimmung von UV-OLEDs mit engeren Emissionsspektren auf bestimmte Wellenlängenemissionen zur Erfassung und optischen Anregung. Wenn ein Array solcher OLEDs erstellt wird, können mehrere Analysen und optische Anregungen auf demselben Gerät durchgeführt werden.

Aufbauend auf früheren Ames Laboratory-OLED-Untersuchungen mit Mikrokavitäten entwickelten die Forscher ein Gerät, das Licht im Wellenlängenbereich von 370 bis 430 nm, dem tiefen Blau und dem nahen Ultraviolett, emittieren und frühere Entwicklungen im sichtbaren Bereich erweitern konnte. Die experimentelle Arbeit wurde von der Doktorandin Eeshita Manna durchgeführt, und die Wissenschaftlerin des Ames Laboratory, Rana Biswas, simulierte die Spektren. In weiteren Forschungen der ehemaligen Doktorandin Emily Hellerich erweiterten sie den Bereich auf 470 nm, indem sie eine einzigartige Kombination aus zwei photoaktiven Polymeren, CBP und PVK, verwendeten. In Kombination mit einer früheren Studie zu sichtbaren Mikrokavitäts-OLED-Arrays können sie jetzt den Bereich von 370 bis 640 nm abdecken.

Die Wissenschaft wird in zwei Veröffentlichungen diskutiert: "Tunable Near UV Microcavity OLED Arrays: Characterizations and Analytical Applications", veröffentlicht in Fortgeschrittene Funktionsmaterialien ; und "Deep Blue / Ultraviolet Microcavity OLEDs basierend auf lösungsverarbeiteten PVK: CBP Blends", veröffentlicht in Organische Elektronik .

Diese Forschung wird vom US-Energieministerium unterstützt und vom National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), einer Benutzereinrichtung des DOE Office of Science am Lawrence Berkeley National Laboratory, in Anspruch genommen.