Forskere styrer flere bølgelængder af lys fra en enkelt kilde

KAIST -forskere har syntetiseret en samling nanopartikler, kendt som kulstofprikker, i stand til at udsende flere bølgelængder af lys fra en enkelt partikel. Derudover teamet opdagede, at spredningen af ​​kulstofprikkerne, eller mellempartikelafstanden mellem hver prik, påvirker egenskaberne af det lys, kulstofprikkerne udsender. Opdagelsen vil give forskere mulighed for at forstå, hvordan de kontrollerer disse kulstofprikker og opretter nye, miljøansvarlige displays, belysning, og sensorteknologi.

Forskning i nanopartikler, der er i stand til at udsende lys, såsom kvantepunkter, har været et aktivt interesseområde i det sidste halvandet årti. Disse partikler, eller fosfor, er nanopartikler lavet af forskellige materialer, der er i stand til at udsende lys ved specifikke bølgelængder ved at udnytte materialernes kvantemekaniske egenskaber. Dette giver nye måder at udvikle belysning og displayløsninger samt mere præcis registrering og sensing i instrumenter.

Efterhånden som teknologien bliver mindre og mere sofistikeret, brugen af ​​fluorescerende nanopartikler har oplevet en dramatisk stigning i mange applikationer på grund af renheden af ​​farverne, der udsender fra prikkerne, samt deres afstemning til at opfylde ønskede optiske egenskaber.

Carbon prikker, en type fluorescerende nanopartikler, har oplevet en stigende interesse fra forskere som kandidat til at erstatte ikke-kulstofprikker, hvis konstruktion kræver tungmetaller, der er giftige for miljøet. Da de hovedsageligt består af kulstof, den lave toksicitet er en ekstremt attraktiv kvalitet, når den kombineres med afstemmelsen af ​​deres iboende optiske egenskaber.

Et andet slående træk ved kulstofprikker er deres evne til at udsende flere bølgelængder af lys fra en enkelt nanopartikel. Denne emission med flere bølgelængder kan stimuleres under en enkelt excitationskilde, muliggør den enkle og robuste generation af hvidt lys fra en enkelt partikel ved at udsende flere bølgelængder samtidigt.

Kulstofprikker udviser også en koncentrationsafhængig fotoluminescens. Med andre ord, afstanden mellem individuelle kulstofprikker påvirker det lys, som kulstofprikkerne efterfølgende udsender under en excitationskilde. Disse kombinerede egenskaber gør carbon prikker til en unik kilde, der vil resultere i ekstremt nøjagtig detektion og registrering.

Denne koncentrationsafhængighed, imidlertid, ikke var blevet forstået fuldt ud. For fuldt ud at udnytte mulighederne for kulstofprikker, de mekanismer, der styrer de tilsyneladende variable optiske egenskaber, skal først afdækkes. Det blev tidligere teoretiseret, at koncentrationsafhængigheden af ​​kulstofprikker skyldtes en hydrogenbindingseffekt.

Nu, et KAIST -forskerhold, ledet af professor Do Hyun Kim fra Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik har fremført og demonstreret, at den dobbelte farve-emissionsevne i stedet skyldes interpartikelafstandene mellem hver kulstofprik. Forskningen blev offentliggjort i den 36. udgave af Fysisk kemi Kemisk fysik .

Første forfatter til papiret, Ph.d. kandidat Hyo Jeong Yoo, sammen med professor Kim og forsker Byeong Eun Kwak, undersøgt, hvordan den relative lysintensitet af de røde og blå farver ændrede sig ved varierende mellempartikelafstande, eller koncentration, af kulstofprikkerne. De fandt ud af, at da koncentrationen blev justeret, lyset fra kulstofprikkerne ville transformere. Ved at variere koncentrationen, holdet var i stand til at kontrollere den relative intensitet af farverne, samt udsende dem samtidigt for at generere et hvidt lys fra en enkelt kilde (se figur).

"Koncentrationsafhængigheden af ​​kulstofprikkers fotoluminescens af ændringen af ​​den emitterende oprindelse for forskellige mellempartikel-afstande er blevet overset i tidligere forskning. Med analysen af ​​fænomenet med dobbelt farveemission af kulstofprikker, vi mener, at dette resultat kan give et nyt perspektiv til at undersøge deres fotoluminescensmekanisme, "Forklarede Yoo.

Den nyanalyserede evne til at kontrollere fotoluminescensen af ​​kulstofprikker vil sandsynligvis blive stærkt udnyttet i den fortsatte udvikling af solid-state belysningsprogrammer og sensing.