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科学家发现了碳纳米管中荧光延迟现象,有望应用于光电和太阳能领域

2020-12-08 16:113120
 莱斯大学实验室于2002年领导了纳米管荧光的开创性发现,发现单壁纳米管在染料分子和溶解氧的溶液中经多步过程触发后,发出延迟的次级荧光。
  延迟只有几微秒,但是只要花些力气就可以检测到。
  当光激发包含一种叫做玫瑰红的染料的溶液时,反应开始。溶解在溶液中的氧气分子从染料中捕获能量,从而形成O2的能量形式。然后它们将能量转移到纳米管上,在那里以三重态产生激子-由电子和电子空穴构成的准粒子。有了一点额外的热能,这些激子就被提升到更高的能量单重态,从而发出观察到的荧光。
  研究人员说:“多年来,我们一直在研究涉及纳米管和氧气的有趣效应。” “我们发现了很多可能发生的事情,从这种能量转移或荧光的可逆淬灭等物理效应,到纳米管和DNA之间化学反应的触发。因此,这项研究是一个更大的探索计划的一部分。”
  研究人员说,它们具有激发溶解氧分子的能力,促使研究人员了解这将如何影响相邻的纳米管。
  他说:“我们通过用可见光激发染料分子来制造单重态氧,然后氧使染料失活并自身激发。” “这个想法在光物理领域可以追溯到几十年前,并且非常传统。这里的不寻常之处在于,单线态氧与纳米管相互作用,直接在管中产生三线态激发。这些三线态非常难以捉摸。
  研究人员说:“有机分子的三重态是寿命长的激发态。” “它们的寿命比单重态激发态大几个数量级,因此它们可以徘徊足够长的时间,撞到其他物体上并发生化学反应。
  他说:“但是,由于纳米管的三重态不能发光或不能很好地直接吸收光,因此它们很难研究,对它们的了解还不多。” “我们一直在努力更好地理解它们。”
  触发荧光仍然需要额外的步骤。研究人员说:“仅仅通过在周围环境中进行随机的热搅动,这些家伙有时就会被踢到明亮的单重态,然后他们可以通过吐出光子来告诉你他们在那里。”
  由于三重态可以持续10微秒左右,因此上转换的发射称为延迟荧光。
  研究人员必须找到一种方法来检测纳米管明亮的初级荧光中相对较弱的影响。研究人员说:“这就像是在被明亮的相机闪光灯遮住后试图看到一个暗淡的物体。” “我们必须设计一些特殊的仪器。”
  一个设备“基本上是一个快速的机械快门”,它在明亮的闪光期间覆盖短波红外(SWIR)光谱仪,然后迅速打开,这是一种倒车摄像头,它在7毫秒内从覆盖到打开。他说,另一台设备是一个灵敏的检测器,该检测器由电子信号触发,并测量微弱发射如何随时间逐渐消失。他说:“这些系统都是由杰出的实验家清伟建造的。”
  研究人员在医学成像技术和基于纳米管的智能皮肤中采用了纳米管荧光技术,以测量表面应变以及其他应用。他说,新发现终可能会进入光电和太阳能领域。
  研究人员说:“没有直接的步骤可以使人读懂并制造出一种新的,效率更高的设备。” “但是,有关过程和属性的基本知识是构建新技术的基础。”
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