Многофункциональная сканирующая флуоресцентная система визуализации (SFIS) - это высокоточный прибор для получения фотофизических свойств материалов в микро- и наномасштабном пространстве с помощью лазерного прецизионного сканирования, временной регистрации и обработки изображений. На сегодняшний день это один из самых передовых в мире приборов для анализа флуоресценции в разрешенном времени. В основном он используется для изучения динамики флуоресценции и визуализации полупроводниковых образцов микро-наномасштаба, материалов для фотоэлектрического преобразования, фотокаталитических материалов и биологических образцов в микро-наномасштабном пространстве. Его основная структура включает в себя лазерный источник света, микроскоп (ортогональный или инвертированный может быть), лазерное сканирующее устройство и детекторы и т.д., через компьютерное управление для выполнения полностью автоматизированной, цифровой сбор и обработка изображений, интенсивность флуоресценции конфокальной визуализации, флуоресценции время жизни визуализации, миграции носителей визуализации, микро и нанокосмической флуоресцентной спектроскопии, Раман спектроскопии приобретения, и различные функции визуализации и обнаружения. Система также может быть объединена с низкотемпературными устройствами, высоковольтными устройствами, (переходными) детекторами фототока/фотонапряжения и импульсными устройствами напряжения для достижения обнаружения динамики флуоресценции при различных условиях внешнего поля, визуализации фототока с высоким пространственным разрешением, динамики и визуализации электролюминесценции и других специальных функций.

06Пример применения 2: визуализация динамики миграции носителей

Принцип визуализации: Система использует лазерное возбуждение и регистрацию флуоресценции в сканирующем режиме для визуализации динамики миграции (диффузии) носителей на плоскости материала. В этом режиме возбуждающий свет вводится через задний порт микроскопа (не через вибрационное поле), и образец возбуждается в определенном месте, а канал регистрации флуоресценции проходит через вибрационное поле и попадает на детектор. Положение точки возбуждения остается постоянным в процессе съемки, а сканирование колебательного поля позволяет получать флуоресценцию в различных точках поверхности образца. Основываясь на миграции фотогенерированных носителей в процессе миграции и характеристиках люминесценции соединения, с помощью вышеуказанного режима визуализации можно добиться кинетического процесса миграции носителей из положения возбуждения в другие положения образца, чтобы достичь наиболее интуитивного обнаружения изображения. Кинетический процесс миграции носителя может быть отражен информацией о времени (полученной с помощью TCSPC) и информацией о расстоянии (расстояние между пикселями сканирующего пикселя) между точкой получения (позиция пикселя при сканировании поля) и точкой возбуждения. Подгоняя кинетический процесс флуоресценции, можно одновременно получить для зонда коэффициент миграции носителей, комплексное время (время жизни) носителей и расстояние миграции носителей в микронаноразмерных образцах (или в микронаноразмерном пространстве образцов).

Принцип работы Схема

Анимация принципа работы

Образец: Халькогенидные нанопроволоки

Режим визуализации: визуализация динамики миграции носителей

таймлапс-изображение

Обеспечение динамической визуализации изображений

Пространственное распределение интенсивности флуоресценции халькогенидных нанопроволок было получено путем фиксации режима сканирования возбуждения-флуоресценции для получения изображения пространственного распределения интенсивности флуоресценции халькогенидных нанопроволок, в котором интенсивность флуоресценции образца в любом положении (x,y) в момент времени t, I(t)x,y, пропорциональна концентрации носителя в момент времени t в этом положении (φ(t)x,y): интенсивность флуоресценции образца в любом положении (x,y) равна концентрации носителя в этом положении (φ(t)x,y).

Таким образом, карта визуализации флуоресценции реагирует на изменение распределения концентрации носителей в нанопроволоке в разные моменты времени, а процесс эволюции отражает миграцию носителей из точки возбуждения (высокая концентрация) в невозбужденную область (низкая концентрация) нанопроволоки под действием градиента концентрации, который может быть получен путем извлечения кривых мощности флуоресценции из разных положений и подгонки для получения информации о подвижности носителей, времени жизни и расстоянии миграции, а также может быть получен с помощью программного обеспечения для анализа данных. Карты визуализации флуоресценции в различные моменты времени нанопроволоки также могут быть получены с помощью программного обеспечения для анализа данных, и может быть построена очень интуитивная карта динамической эволюции интенсивности флуоресценции.

Ссылки:

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

Образец: Халькогенидная поликристаллическая пленка

Режим визуализации: визуализация динамики миграции носителей

Сканирующая визуализация получения флуоресценции с фиксированной точкой возбуждения и кинетика выделения с фиксированной точкой

► К кинетическому зондированию миграции носителей в сложных поликристаллических структурах

► Наблюдается миграция носителей внутри и между зернами

(Примечание: ограничено размером зерна)

Изображение эффективности извлечения поверхностного заряда в халькогенидных поликристаллических пленках; Spiro-OMeTAD: акцептор полости; PCBM: акцептор электронов

Ссылки:

В. Тиан и др., Т. Лиан*, С. Джин*. Angew. Chem. Intl. Edit. 2016, 55, 13067-13071.

07Пример применения 3: флуоресцентная точечная диффузионная визуализация

На основе фиксированного режима сканирования возбуждения и флуоресценции кинетические параметры миграции носителей были получены путем регистрации и анализа изменения размера пятна флуоресценции в различные моменты времени после возбуждения.

► Применимо к материальным системам с короткодействующей миграцией носителей

► Пространственное разрешение расстояния миграции может достигать: ~50 нм

Образец: халькоцит CS2AgBiBr6

Режим визуализации: флуоресцентная точечная диффузия наблюдение динамики миграции носителей визуализация

Размер пятна становится больше

библиография

YanfengYin, WenmingTian, *etal.и Шенгье Джин,ACSEnergyLett. 2022, 7, 154-161

Образец: Халькогенидная пленка

Используя эту систему, исследователи успешно изучили эффект пассивации различных полимерных материалов на поверхности халькогенидных солнечных элементов и его влияние на увеличение коэффициентов подвижности носителей.

Ссылки:

Minhuan Wang, et al. Рациональный выбор полимерной структуры для проектирования интерфейсов перовскитовых солнечных элементов, Joule, 2022.

08Пример применения 4: флуоресцентная визуализация в криогенных камерах

Эта система формирования флуоресцентных изображений может быть объединена с криогенным устройством для микроскопа, и в соответствии с параметрами криогенного устройства могут быть выбраны объективы с различными расстояниями между рабочими группами для эффективного сбора флуоресцентной информации. Система может выполнять различные виды визуализации и сбора данных, таких как интенсивность флуоресценции, время жизни флуоресценции, миграция носителей, спектр излучения флуоресценции и т.д. при различных температурах.

Образец: нанопроволока MAPbI3

Условия эксперимента: 100X, пространственное разрешение < 1 мкм

Режим визуализации: режим визуализации с конфокальным лазерным сканированием

Наблюдение пространственного распределения и эволюции процесса низкотемпературного фазового перехода в наночастицах халькогенидов впервые

09Пример применения 5: флуоресцентная визуализация в гипербарических камерах

Эта система формирования флуоресцентных изображений может быть объединена с высоковольтным устройством для микроскопа, и в соответствии с параметрами высоковольтного устройства могут быть выбраны объективы с различными расстояниями между рабочими группами для эффективного сбора флуоресцентной информации. Он может выполнять различные виды визуализации и сбора данных, таких как интенсивность флуоресценции, время жизни флуоресценции, миграция носителей, спектр излучения флуоресценции и т.д. при различных температурах.

Образцы: монокристаллические нанолисты MAPbI3 и нанопроволоки MAPbI3

Условия эксперимента: воздушное зеркало 100X, пространственное разрешение < 1 мкм

Режимы визуализации: режим визуализации с конфокальным лазерным сканированием и режим визуализации миграции носителей

Лазерная сканирующая флуоресцентная визуализация нанопроводов MAPbI3 при различных давлениях

Кинетические кривые флуоресценции при различных давлениях

Флуоресцентная визуализация миграции носителей в нанопроволоках MAPbI3 при различных давлениях

Кинетические кривые миграции носителей при различных давлениях

Ссылки: YanfengYin, WenmingTian, *etal., JimingBian.иShengyeJinACS Energy Lett. 2022, 7, 154-161

10Пример применения 6: кинетическая визуализация электролюминесценции

Эта система визуализации флуоресценции обеспечивает кинетическое обнаружение электролюминесценции (ЭЛ) и визуализацию образцов (например, светодиодных устройств или материалов) путем объединения с генератором электрических импульсов, что позволяет одновременно определять интенсивность флуоресценции, время жизни флуоресценции и спектры флуоресценции/ЭЛ излучения. Принцип обнаружения заключается в использовании технологии TCSPC для реализации кинетического процесса эволюции люминесценции образца и пространственной визуализации EL в условиях электрического импульса.

Образец: Светодиодное устройство на квантовых точках CdSe/ZnSe/Zns

Напряжение: 10 В

Ширина/частота импульса: 10 мкс/10 кГц

► Можно наблюдать распределение EL в светоизлучающем слое светодиода и обнаружить наличие плохих точечных областей.

►При извлечении динамики ЭЛ и явлений проскакивания в различных микро-нано региональных точках наблюдались различия и вариации в динамике ЭЛ.

►Наблюдение за процессом старения светодиодов с помощью непрерывного получения EL-изображений

11Пример применения 7: визуализация фототока

Эта система визуализации флуоресценции совместима с определением интенсивности флуоресценции, времени жизни флуоресценции и спектра излучения флуоресценции путем объединения с измерителем источника для реализации визуализации фототока образцов (солнечных элементов или фотодетектируемых материалов), получения и визуализации кривых I-V микро-нанопространства и т.д. Система основана на принципе сканирования сфокусированного лазерного пятна на образце и получения фототока или других фотоэлектрических параметров. Принцип обнаружения заключается в сканировании сфокусированного лазерного пятна на образце и сборе фототока или других фотоэлектрических параметров.

Система позволяет получать изображения фототока и флуоресценции непосредственно на самом устройстве солнечного элемента

Принцип работы Схема

Прямая визуализация состояния устройства

►Четко различают пространственную структуру зерен ячеек и границ зерен, а также распределение фототока между различными зернами.

►Совместимое получение изображений интенсивности флуоресценции и времени жизни флуоресценции для анализа механизмов генерации фототока

широкоугольная визуализация

Ссылки:

Чжао, X.; Ван, Z.; Тянь, В.; Янь, X.; Ши, Y.; Ван, Y.; Сунь, Z.; Цзинь, С., Положительная корреляция между локальным фототоком и размером зерна в перовскитовом солнечном элементе. Журнал "Энергохимия" 2022.

Источник: Tristar Spectrum@WeChat

Время: 2022/05/10