El sistema multifuncional de obtención de imágenes de fluorescencia por barrido con vibroscopio es un instrumento de alta precisión que utiliza técnicas de barrido de precisión láser, adquisición con resolución temporal y procesamiento de imágenes para obtener las propiedades fotofísicas de los materiales en el espacio a micro y nanoescala. Se utiliza principalmente para estudiar la dinámica de la fluorescencia y la obtención de imágenes en la micro y nanoescala de muestras de semiconductores, materiales de conversión fotoeléctrica, materiales fotocatalíticos y muestras biológicas. La estructura principal incluye una fuente de luz láser, un microscopio (orto o invertido), un dispositivo de barrido láser y un detector, etc. El sistema está controlado por ordenador para la adquisición y el procesamiento de imágenes digitales totalmente automáticos, y puede lograr una variedad de funciones de imagen y detección, como la imagen confocal de intensidad de fluorescencia, la imagen de vida de fluorescencia, la imagen de migración de portadores, la espectroscopia de fluorescencia micro y nanoespacial y la adquisición de espectroscopia Raman. El sistema también puede combinarse con dispositivos criogénicos, dispositivos de alto voltaje, dispositivos de detección (transitoria) de fotocorriente/fotovoltaje y dispositivos de voltaje pulsado para lograr una variedad de funciones especiales, como la detección cinética de fluorescencia en diversas condiciones externas, la obtención de imágenes de fotocorriente de alta resolución espacial y la obtención de imágenes y cinética de electroluminiscencia.

06Ejemplo de aplicación 2: Imágenes dinámicas de migración de portadoras

Principio de obtención de imágenes: El sistema utiliza la excitación de puntos láser y la adquisición de fluorescencia en modo de exploración vibroseis para visualizar la dinámica de la migración de portadores (difusión) a escala del plano del material. El modo de detección introduce la luz de excitación a través de la parte posterior del microscopio (no a través del campo vibratorio) y selecciona un lugar específico para excitar la muestra, mientras que el canal de adquisición de fluorescencia pasa a través del campo vibratorio hasta el detector. La posición del punto de excitación se mantiene constante durante el proceso de obtención de imágenes y el barrido del campo vibracional permite recoger la fluorescencia en distintos puntos de la superficie de la muestra. Basándose en la migración de los portadores fotogenerados, el modo de formación de imágenes anterior permite el proceso cinético de migración de portadores desde la posición de excitación a otras posiciones de la muestra para lograr la detección de imágenes más intuitiva. La cinética de la migración del portador puede capturarse mediante el tiempo (TCSPC) y la distancia (distancia de píxel TCSPC) entre el punto de adquisición (posición del píxel en el barrido vibroseis) y el punto de excitación. Ajustando el proceso cinético de fluorescencia, el coeficiente de migración del portador, el tiempo complejo del portador (tiempo de vida) y la distancia de migración del portador pueden sondearse simultáneamente para muestras de tamaño micro y nanométrico (o dentro del espacio micro y nanométrico de la muestra).

Diagrama esquemático del principio de funcionamiento

Demostración animada del principio de funcionamiento

Muestra: Nanocables de óxido de calcio y titanio

Modo de imagen: Imagen dinámica de migración de portadoras

Mapa de imágenes time-lapse

Imágenes visuales dinámicas

La distribución espacial de la intensidad de fluorescencia de los nanocables de calcogenuro se obtiene en modo de barrido fijo de excitación-fluorescencia, donde la intensidad de fluorescencia I(t)x,y en cualquier posición (x,y) de la muestra en el tiempo t es proporcional a la concentración de portador (φ(t)x,y) en esa posición en el tiempo t.

Por lo tanto, este mapa de imágenes de fluorescencia refleja el cambio de la distribución de la concentración de portadores en el nanohilo en diferentes momentos, y este proceso de evolución refleja la migración de portadores desde el punto de excitación (alta concentración) a la región no excitada del nanohilo (baja concentración) impulsada por el gradiente de concentración, y la información de la movilidad de los portadores, el tiempo de vida y la distancia de migración puede obtenerse extrayendo las curvas dinámicas de fluorescencia en diferentes lugares y ajustándolas, o puede utilizarse el software de análisis de datos para obtener También es posible obtener mapas de imágenes de fluorescencia de los nanocables en diferentes momentos del tiempo, y construir mapas de evolución dinámica de la intensidad de fluorescencia muy intuitivos.

Referencia.

W. Tian, C. Zhao, J. Leng, R. Cui, S. Jin*. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 12458-12461

Muestra: Película policristalina de titanita cálcica

Modo de imagen: Imagen dinámica de migración de portadoras

Imágenes de exploración de adquisición de fluorescencia de excitación de punto fijo y cinética de extracción de punto fijo

► Detección de la dinámica de migración de portadores en estructuras policristalinas complejas

► Puede observarse la migración de portadores dentro y a través de los granos

(Nota: limitado por el tamaño del grano)

Imagen de la eficiencia de extracción de carga superficial en películas policristalinas de calcogenuro; Spiro-OMeTAD: aceptor de huecos; PCBM: aceptor de electrones.

Referencia.

W. Tian, et al., T. Lian*, S. Jin*. Angew Chem Intl. Edit. 2016, 55, 13067-13071.

07Ejemplo de aplicación 3: imágenes de difusión de puntos de fluorescencia

Basándose en el modo de imagen de barrido de excitación-fluorescencia fija, los parámetros cinéticos de migración de portadores se obtienen recogiendo y analizando el cambio en el tamaño del punto de fluorescencia en diferentes momentos tras la excitación.

► Adecuado para sistemas de materiales de migración de portadores de corto alcance.

► Resolución espacial de la distancia de migración alcanzable: ~50 nm.

Muestra: CS2AgBiBr6 titanita cálcica

Modo de imagen: observación de la difusión del punto de fluorescencia imagen de la dinámica de migración del portador

Mayor tamaño del punto

Referencias

YanfengYin,WenmingTian,*etal.JimingBian.yShengyeJin,ACSEnergyLett.2022,7,154-161

Muestra: Película de óxido de calcio y titanio

Los investigadores han utilizado este sistema para sondear con éxito el efecto de la pasivación en la superficie de las células solares de calcogenuro mediante diferentes materiales poliméricos y su efecto en el coeficiente de movilidad del portador

Referencia.

Minhuan Wang, et al. Rational selection of the polymeric structure for interface engineering of perovskite solar cells, Joule, 2022.

08Ejemplo de aplicación 4: imágenes de fluorescencia en una cámara criogénica

El sistema de obtención de imágenes de fluorescencia puede combinarse con un dispositivo criogénico de microscopio, según los parámetros del dispositivo criogénico, lente objetivo opcional con diferente distancia del grupo de trabajo, para lograr una adquisición eficaz de la información de fluorescencia. Se dispone de una amplia gama de adquisición de imágenes y datos de intensidad de fluorescencia, tiempo de vida de fluorescencia, migración de portadores y espectros de emisión de fluorescencia a diferentes temperaturas.

Muestra: nanocables MAPbI3

Condiciones experimentales: 100X, resolución espacial < 1μm.

Modo de imagen: modo de imagen de escaneo láser confocal

Observación de la distribución espacial y evolución del proceso de transición de fase a baja temperatura de nanoprecursores de calcogenuro

09Ejemplo de aplicación 5: Imágenes de fluorescencia en un autoclave

El sistema de formación de imágenes de fluorescencia puede combinarse con un dispositivo de alta tensión para microscopía y, en función de los parámetros del dispositivo de alta tensión, puede seleccionarse la lente objetivo con diferentes distancias de grupo de trabajo para lograr una adquisición eficaz de la información de fluorescencia. Es posible una amplia gama de adquisición de imágenes y datos, incluida la intensidad de fluorescencia, el tiempo de vida de fluorescencia, la migración de portadores y los espectros de emisión de fluorescencia a diferentes temperaturas.

Muestra: nanoplanchas monocristalinas de MAPbI3 y nanohilos de MAPbI3

Condiciones experimentales: aeriscopio 100X, resolución espacial < 1μm.

Modos de imagen: modo de imagen de escaneo láser confocal y modo de imagen de migración de portadores

Imágenes de fluorescencia de barrido láser de nanocables de MAPbI3 a diferentes presiones

Curvas cinéticas de fluorescencia a diferentes presiones

Imágenes de fluorescencia de la migración de portadores en nanocables de MAPbI3 a diferentes presiones

Curvas cinéticas de migración de portadores a diferentes presiones

Referencias: YanfengYin,WenmingTian,*etal.,JimingBian.yShengyeJinACS Energy Lett.2022,7,154-161

10Ejemplo de aplicación 6: Imágenes cinéticas de electroluminiscencia

Este sistema de formación de imágenes de fluorescencia permite la detección de la cinética de electroluminiscencia (EL) y la formación de imágenes de muestras (por ejemplo, dispositivos o materiales LED) mediante la combinación de un generador de impulsos eléctricos compatible con la detección simultánea de la intensidad de fluorescencia, el tiempo de vida de la fluorescencia y los espectros de emisión de fluorescencia/EL. El principio de la detección consiste en utilizar la tecnología TCSPC para lograr la evolución cinética de la luminiscencia de la muestra y la formación de imágenes espaciales EL en condiciones de impulsos eléctricos.

Muestra: Dispositivos LED de puntos cuánticos CdSe/ZnSe/Zns

Tensión: 10 V

Ancho de pulso / frecuencia: 10μs/10KHz

► Se puede observar la distribución EL de la capa emisora de LED y detectar la presencia de zonas con puntos defectuosos.

► Observación de las diferencias y variaciones de la dinámica de EL y de los fenómenos de rebasamiento en distintos lugares microrregionales mediante la extracción de la dinámica de EL.

► Observación del proceso de envejecimiento de los LED mediante la adquisición continua de imágenes EL.

11Ejemplo de aplicación 7: Imágenes de fotocorriente

El sistema de formación de imágenes de fluorescencia es compatible con la detección de la intensidad de fluorescencia, el tiempo de vida de fluorescencia y los espectros de emisión de fluorescencia mediante la combinación del medidor de fuente con la formación de imágenes de fotocorriente de la muestra (célula solar o material fotodetectable) y la adquisición y formación de imágenes de curvas I-V en el microespacio y el nanoespacio. El principio de detección se basa en el barrido de un punto láser focalizado sobre la muestra y la adquisición de fotocorrientes u otros parámetros optoelectrónicos mediante un campo vibratorio.

Este sistema permite obtener imágenes de fotocorriente y fluorescencia directamente en el dispositivo de célula solar.

Diagrama esquemático del principio de funcionamiento

Imágenes directas de las condiciones del dispositivo

► Distinguir claramente la estructura espacial de los granos de la célula, los límites de los granos, etc. y la distribución de la fotocorriente entre los distintos granos.

► Compatible con la adquisición de imágenes de intensidad de fluorescencia y de tiempo de vida de fluorescencia para el análisis de los mecanismos de generación de fotocorriente.

Amplia gama de imágenes

Referencia.

Zhao, X.; Wang, Z.; Tian, W.; Yan, X.; Shi, Y.; Wang, Y.; Sun, Z.; Jin, S., A positive correlation between local photocurrent and grain size in a perovskite solar cell. Journal of Energy Chemistry 2022.

Fuente: Tristar Spectrum @ WeChat

Fecha: 2022/05/10