형광 이미징 시스템 적용 사례 2

형광 이미징 시스템의 적용 사례 설명 2

다기능 진동계 스캐닝 형광 이미징 시스템은 레이저 정밀 스캐닝, 시간 분해능 획득 및 이미지 처리 기술을 사용하여 마이크로 및 나노 스케일 공간에서 재료의 광물리학적 특성을 얻는 고정밀 기기입니다. 주로 반도체 샘플, 광전 변환 재료, 광촉매 재료 및 생물학적 샘플의 마이크로 및 나노 스케일에서 형광 역학 및 이미징을 연구하는 데 사용됩니다. 주요 구조에는 레이저 광원, 현미경(직교 또는 반전), 레이저 스캐닝 장치 및 검출기 등이 포함됩니다. 이 시스템은 완전 자동 디지털 이미지 획득 및 처리를 위해 컴퓨터로 제어되며 형광 강도 공초점 이미징, 형광 수명 이미징, 캐리어 이동 이미징, 마이크로 및 나노 공간 형광 분광법 및 라만 분광법 획득과 같은 다양한 이미징 및 검출 기능을 달성할 수 있습니다. 또한 이 시스템은 극저온 장치, 고전압 장치, (과도) 광전류/광전압 감지 장치 및 펄스 전압 장치와 결합하여 다양한 외부 조건에서 형광 동역학 감지, 고공간 해상도 광전류 이미징, 전계발광 동역학 및 이미징과 같은 다양한 특수 기능을 구현할 수 있습니다.

06애플리케이션 예제 2: 캐리어 마이그레이션 동역학 이미징

이미징 원리: 이 시스템은 진동 스캔 모드에서 레이저 스폿 여기 및 형광 획득을 사용하여 재료 평면 스케일에서 캐리어 이동(확산)의 동역학을 시각화합니다. 검출 모드는 진동장이 아닌 현미경 뒷면을 통해 여기 광을 도입하고 샘플을 여기시킬 특정 위치를 선택하는 반면, 형광 획득 채널은 진동장을 통해 검출기로 전달됩니다. 여기 지점의 위치는 이미징 프로세스 동안 일정하게 유지되며 진동장의 스캐닝을 통해 샘플 표면의 여러 위치에서 형광을 수집할 수 있습니다. 광 생성 캐리어의 이동을 기반으로 위의 이미징 모드는 여기 위치에서 샘플의 다른 위치로 캐리어가 이동하는 운동 과정을 통해 가장 직관적인 이미징 감지를 달성할 수 있습니다. 캐리어 이동의 동역학은 획득 지점(진동 스캔의 픽셀 위치)과 여기 지점 사이의 시간(TCSPC)과 거리(TCSPC 픽셀 거리)로 캡처할 수 있습니다. 형광 동역학 프로세스를 맞춤으로써 마이크로 및 나노 크기 샘플(또는 샘플의 마이크로 및 나노 크기 공간 내)에 대해 캐리어 이동 계수, 캐리어 복합 시간(수명) 및 캐리어 이동 거리를 동시에 조사할 수 있습니다.

작동 원리의 개략도

작동 원리에 대한 애니메이션 데모

샘플: 산화티타늄 칼슘 나노와이어

이미징 모드: 캐리어 마이그레이션 동역학 이미징

타임랩스 이미징 맵

동적 시각 이미징 지원

칼코게나이드 나노 와이어의 형광 강도의 공간 분포는 고정 여기 형광 스캐닝 모드에서 얻을 수 있으며, 여기서 t 시점의 시료의 임의 위치(x,y)에서의 형광 강도 I(t)x,y는 t 시점의 해당 위치에서 캐리어 농도(φ(t)x,y)에 비례합니다:

따라서 이 형광 이미징 맵은 나노선 내 캐리어 농도 분포의 변화를 다양한 순간에 반영하며, 이러한 진화 과정은 농도 구배에 의해 여기점(고농도)에서 나노선의 여기되지 않은 영역(저농도)으로 캐리어가 이동하는 것을 반영하며, 다양한 위치에서 형광 운동 곡선을 추출하여 피팅하거나 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 캐리어 이동성, 수명 및 이동 거리에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 다양한 시점의 나노 와이어의 형광 이미징 맵을 얻고 형광 강도의 매우 직관적 인 동적 진화 맵을 구성 할 수도 있습니다.

참조.

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

샘플: 칼슘 티타나이트 다결정 필름

이미징 모드: 캐리어 마이그레이션 동역학 이미징

고정점 여기 형광 획득 스캐닝 이미징 및 고정점 추출 동역학

복잡한 다결정 구조에서 캐리어 이동 동역학 감지

곡물 내 및 곡물 간 운반체의 이동을 관찰할 수 있습니다.

(참고: 입자 크기에 따라 제한됨)

칼코게나이드 다결정 필름의 표면 전하 추출 효율 이미징; Spiro-OMeTAD: 정공 수용체; PCBM: 전자 수용체

참조.

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

07적용 사례 3: 형광 스팟 확산 이미징

고정 여기 형광 스캐닝 이미징 모드를 기반으로 여기 후 다양한 순간에서 형광 스팟 크기의 변화를 수집하고 분석하여 캐리어 이동 운동 파라미터를 얻습니다.

단거리 캐리어 마이그레이션 재료 시스템에 적합

마이그레이션 거리의 공간 해상도 달성 가능: ~50nm

샘플: CS2AgBiBr6 칼슘 티타나이트

이미징 모드: 형광 스팟 확산 관찰 캐리어 이동 역학 이미징

더 큰 스팟 크기

참조

얀펑인, 웬밍톈, *탈.지밍비안,그리고성예진,ACSEnergyLett.2022,7,154-161

샘플: 산화티타늄 칼슘 필름

연구자들은 이 시스템을 사용하여 다양한 고분자 재료에 의한 칼코게나이드 태양 전지 표면의 부동태화 효과와 캐리어 이동 계수에 미치는 영향을 성공적으로 조사했습니다.

참조.

왕민환 외. 페로브스카이트 태양전지의 계면 공학을 위한 고분자 구조의 합리적 선택, 줄(Joule), 2022.

08적용 사례 4: 극저온 챔버에서의 형광 이미징

형광 이미징 시스템은 극저온 장치의 매개변수에 따라 현미경 극저온 장치, 작업 그룹 거리가 다른 대물 렌즈(옵션)와 결합하여 형광 정보를 효율적으로 획득할 수 있습니다. 다양한 온도에서 형광 강도, 형광 수명, 캐리어 이동 및 형광 방출 스펙트럼에 대한 광범위한 이미징 및 데이터 수집이 가능합니다.

샘플: MAPbI3 나노와이어

실험 조건: 100배, 공간 해상도 <1μm

이미징 모드: 공초점 레이저 스캐닝 이미징 모드

칼코게나이드 나노 전구체의 저온 상전이 과정의 공간적 분포 및 진화 관찰

09애플리케이션 예시 5: 오토클레이브 내 형광 이미징

형광 이미징 시스템은 현미경용 고전압 장치와 결합할 수 있으며 고전압 장치의 매개 변수에 따라 작업 그룹 거리가 다른 대물 렌즈를 선택하여 형광 정보를 효율적으로 획득할 수 있습니다. 형광 강도, 형광 수명, 캐리어 이동 및 다양한 온도에서의 형광 방출 스펙트럼을 포함하여 광범위한 이미징 및 데이터 수집이 가능합니다.

샘플: MAPbI3 단결정 나노시트 및 MAPbI3 나노와이어

실험 조건: 100배 에어스코프, 공간 해상도 <1μm

이미징 모드: 공초점 레이저 스캐닝 이미징 모드 및 캐리어 마이그레이션 이미징 모드

다양한 압력에서 MAPbI3 나노 와이어의 레이저 스캐닝 형광 이미징

다양한 압력에서의 형광 동역학 곡선

다양한 압력에서 MAPbI3 나노 와이어의 캐리어 이동을 형광 이미지화합니다.

다양한 압력에서의 캐리어 이동 운동 곡선

참고: YanfengYin, WenmingTian, *etal,및성예진ACS 에너지 레트.2022,7,154-161

10애플리케이션 예시 6: 전계발광 키네틱 이미징

이 형광 이미징 시스템은 형광 강도, 형광 수명 및 형광/EL 방출 스펙트럼을 동시에 감지할 수 있는 전기 펄스 발생기를 결합하여 시료(예: LED 장치 또는 재료)의 전기 발광(EL) 동역학 및 이미징을 감지할 수 있도록 합니다. 검출 원리는 전기 펄스 조건에서 시료 발광 및 EL 공간 이미징의 동역학적 진화를 달성하기 위해 TCSPC 기술을 사용하는 것입니다.

샘플: CdSe/ZnSe/Zns 퀀텀닷 LED 디바이스

전압: 10V

펄스 폭/주파수: 10μs/10KHz

LED 발광층의 EL 분포를 관찰하고 불량 스팟 영역의 존재를 감지할 수 있습니다.

EL 동역학 추출을 통한 마이크로-나노 단위 지점별 EL 동역학 및 오버슈트 현상의 차이 및 변화 관찰

EL 이미징의 연속 촬영을 통한 LED 노화 과정 관찰

11애플리케이션 예시 7: 광전류 이미징

형광 이미징 시스템은 소스 미터와 시료(태양 전지 또는 광 검출 가능 물질)의 광전류 이미징, 마이크로 및 나노 공간에서 I-V 곡선의 수집 및 이미징을 결합하여 형광 강도, 형광 수명 및 형광 방출 스펙트럼을 감지할 수 있습니다. 검출 원리는 시료에 초점을 맞춘 레이저 스폿을 스캔하고 진동장을 통해 광전류 또는 기타 광전자 파라미터를 수집하는 것을 기반으로 합니다.

이 시스템은 실제 태양 전지 장치에서 직접 광전류 및 형광 이미징을 가능하게 합니다.