معرفی پلیمر های افزودنی برای فوتونیک

پلیمرها مدت ها است که برای طبیعت سبک، انعطاف پذیر و قابل پردازش خود ارزش گذاری شده اند، اما قابلیت های نوری آنها در ابتدا محدود بود.پیشرفت در شیمی پلیمری این پارادایم را تغییر داده است، قادر به طراحی پلیمرهای افزودنی است که خواص نوری آن - جابجایی، شاخص های انکساری، جذب و درخشندگی - می تواند دقیقا برای کاربردهای فوتونیک طراحی شده باشد.

پلیمرهای افزودنی متمایز هستند زیرا آنها اجازه می دهند کنترل سطح مولکولی در طول سنتز را با دقت انتخاب مونومرها و شرایط واکنش، دانشمندان می توانند رفتار نوری را به ستون فقرات پلیمری یا زنجیره های جانبی ارائه دهند.این تنانژیک شکاف بین پلیمرهای غیر قابل شکل سنتی و کریستالی را در مواد نوری، ارائه یک جایگزین مقیاسی مقرون به صرفه و قابل دسترس برای نسل بعدی فوتون ها.

اصول اپتیکی پلیمری

نور - تعامل در پلیمرها

خواص نوری ناشی از اینکه چگونه مولکول های پلیمری با تابش الکترومغناطیسی ارتباط برقرار می کنند، می باشد:

  • [FLT: 1] شاخص فعال (n): تعیین می کند که چگونه نور هنگام ورود به مواد خم می شود، بستگی به قطب بندی الکترونیکی و چگالی پلیمر دارد.
  • ترجمه و جذب: [FLT 1] توسط ساختار الکترونیکی پلیمر تقویت شده است.
  • بیجاد: [FLT-1] در شاخص های انکساری ناشی از جهت گیری زنجیره های پلیمری، این می تواند برای کنترل قطبی شدن مورد بهره برداری قرار گیرد.
  • Photoluminescence: Fluorescence یا فسفر ناشی از سیستم های هماهنگ یا chromophores جاسازی شده است.
  • ] [که با نوسانات چگالی، بلورها یا دامنه های تقسیم فاز ایجاد می شود، تقسیم بندی مینیمینگ برای Waveguides و لنزها بسیار مهم است.

نقش ساختار مولکولی

ترکیب شیمیایی واحد تکرار شده سطح قطبی و انرژی را تعیین می کند.موکسیتیک به دلیل چگالی الکترون بالا، شاخص های انکساری را افزایش می دهد، در حالی که بخش هایliphatic آن را پایین می آورند. پلیمرهای Conjugated (به عنوان مثال، پلی فلورنز، پلیستوفرینز) خواص نیمه رسانا و جذب قوی / بازیابی، جذاب برای دستگاه های عکس.

مطابقت زنجیره ای پلیمر نیز مهم است. مناطق سفارش شده، کریستال به طور معمول شاخص های بالاتر از مناطق بی نظیر دارند.کنترل درجه بلوری از طریق تاریخ حرارتی یا شرایط پردازش اجازه می دهد تا به خوبی هماهنگ رفتار نوری.

استراتژی های سنتز برای به کارگیری خواص نوری

تغییرات شیمیایی مونومرها

گروه های عملکردی با مقیاس پذیری بالا - مانند سلول های بخار، گوگرد یا اتم های فلزی سنگین - می توانند برای افزایش شاخص های انکساری گنجانده شوند.به عنوان مثال، پلیمرهای فلورین شده شاخص و از دست دادن جذب را کاهش می دهند که برای طول موج های مخابراتی مفید است.من معرفی یکزو یا گروه های هیدروکسیل فعالیت نوری غیر خطی را برای تنظیم کننده های الکترو نوری مفید می سازد.

سازنده : Cobloization

تصادفی، متناوب یا بلوک coomers ترکیب مونومر با شخصیت های مختلف نوری.یک استراتژی مشترک است که یک مونومر شاخص با مقیاس بالا با یک شاخص کم فعال ترکیب می شود تا به یک ارزش متوسط مطلوب دست یابد. Gradient انکساری (GRIN) مواد می تواند توسط ترکیب مختلف در امتداد ضخامت فیلم ایجاد شود، که قادر به طراحی لنز جدید است.

دانلود بازی Nanoparticles and Dyes

جذب نانوذرات آلی (به عنوان مثال، TiO2، ZrO2، نقاط کوانتومی) شاخص های انکساری را افزایش می دهد و ویژگی های جذب / خروجی جدید را معرفی می کند. اندازه ذرات، شکل، پراکندگی و غلظت باید برای جلوگیری از تجمع و پراکنده شدن بیش از حد کنترل شود.رنگ ارگانیک یا مجتمع های نادر می تواند به ماتریس پلیمر برای دستیابی به نور خاص برای جلوگیری از دفع عکس یا جلوگیری از تخلیه بیش از حد مورد نیاز است.

کنترل ساختاری از طریق پردازش

تکنیک هایی مانند الکترواسپکتینگ، لیموگرافی اثر و جداسازی فاز اجازه دستکاری مورفولوژی پلیمری در مقیاس های میکرو و نانو را می دهد. ساختارهای کریستال Photonic می توانند توسط خود جمع آوری از coblos بلوک یا با نوشتن مستقیم لیزر، ایجاد تغییرات دوره ای در شاخص های انکساری که به عنوان آینه های Brag یا تکرارکننده ها عمل می کنند، ساخته شوند.

برنامه های Key Photonic Application

سنسور های نوری

پلیمر های افزودنی با نورمیناسیون یا تغییرات شاخص های انکساری در پاسخ به مقعد به طور گسترده ای در سنجش شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می شوند.به عنوان مثال، پلیمرهای که حاوی porphyrins یا مونومرهای فلورسنت هستند می توانند یون های فلزی، pH یا گازهای بالا را تشخیص دهند.پاسخ سریع و پتانسیل برای مینیاتوراسیون آنها را برای ابزارهای تشخیصی قابل حمل ایده آل می کند.

Waveguides و Dynamic Optics

Waveguides پلیمر، با کنتراست های شاخص های انکساری طراحی شده بین هسته و پوشش، انتقال کم از سیگنال های نوری در ارتباطات داده و سیستم عامل های سنجش را قادر می سازد. پلیمر های افزودنی را می توان با استفاده از Photolithography یا چاپ مستقیم، ساده سازی ساخت آنها همچنین اجازه می دهد تا موج های سازگار برای فوتونیک پوشیدنی.

نمایش ها و نورپردازی ها

دیودهای نور ارگانیک (OLED) به پلیمرهای الکتریکی متکی هستند که می توانند تنظیم شوند تا رنگ های خاصی را در طیف قابل مشاهده تولید کنند. پلیمرهای افزودنی همچنین به عنوان میزبان رنگ های فسفری یا نقاط کوانتومی، بهبود بهره وری و خلوص رنگ، علاوه بر این، راهنماهای نور پلیمری و پخش کننده ها نور یکنواخت را در نمایشگرهای کریستالی مایع فعال می کنند.

لیزر و تقویت کننده

لیزرهای پلیمری جامد، منابع جمع و جور و دقیق را ارائه می دهند.(با دوپینگ با رنگ های لیزر یا استفاده از پلیمر های کنسرو شده به عنوان رسانه، امکان دستیابی به lasing در فیلم های نازک وجود دارد. طیف سود می تواند توسط طراحی مولکولی طراحی شود، پشتیبانی از کاربردهای از طیفوسکوپی به تشخیص پزشکی. SAC بررسی عکس در مورد پلیمر[۱]

تکنیک های شخصیتی سازی

روش های Spectroscopic

جذب UV-Vis و طیفوسکوپی نوری نشان دهنده انتقال الکترونیکی است. Ellipsometry اندازه گیری های نوسانی شاخص و ضخامت فیلم با دقت بالا استفاده می شود. Raman و مادون قرمز طیفوسکوپی ارتعاشات مولکولی را بررسی می کنند و تغییرات شیمیایی را برای خواص نوری غیر خطی، Z-scan و اندازه گیری های نسل دوم آسیب شناسی تشخیص می دهند.

تحلیل ساختاری

پراکندگی اشعه ایکس و پراکندگی کوچک در هم تنیده، اطلاعاتی در مورد کریستال و مورفولوژی نانو مقیاسی ارائه می دهد. میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و اسکن میکروسکوپ الکترون الکترونی (SEM) جداسازی فاز یا ویژگی های سطحی را که بر پراکندگی تأثیر می گذارد، تجسم می کند.

معیارهای عملکردی

از دست دادن نوری در Waveguides از طریق روش های برش یا Fabry-Pérot اندازه گیری می شود. فاکتور کیفیت Resonator ها و آستانه لیزر عملکرد دستگاه را مشخص می کند. Photostability و ثبات حرارتی برای اطمینان بلند مدت بسیار مهم هستند.

چالش ها و راه حل ها

تجارت - رسمی بین شاخص های غیرفعال و شفافیت

بسیاری از استراتژی هایی که شاخص های انکساری (به عنوان مثال، اتم های سنگین یا محتوای معطر) را افزایش می دهند، همچنین جذب را در محدوده قابل مشاهده افزایش می دهند. تعادل باید مورد اصابت قرار گیرد، اغلب با طراحی پلیمر های hyperbranched یا ⁇ ique که در هنگام حفظ تراکم الکترون بالا به حداقل می رسد.

محیط زیست و ثبات عملیاتی

پلیمرها می توانند تحت قرار گرفتن در معرض UV، دمای بالا یا رطوبت قرار بگیرند.درک کردن عکس های بی ثبات کننده، اتصال متقابل یا استفاده از پوشش های محافظ طول عمر دستگاه را گسترش می دهد.در حال توسعه پلیمرهای ذاتی پایدار (به عنوان مثال، با ستون فقرات سفت) یک منطقه تحقیقاتی فعال است.

مقیاس پذیر تولید

در حالی که پلیمر های افزودنی ذاتاً قابل پردازش هستند، دستیابی به کیفیت نوری یکنواخت در مناطق بزرگ همچنان به چالش کشیدن است.پیشرفت در چاپ و فن آوری های پوشش (slot-die، جوهر افشان، جاذبه) این را هدف قرار می دهد.استفاده از پردازش رول به ثبت وعده های تولید کم هزینه برای سنسورهای قابل مصرف یا نمایشگرهای انعطاف پذیر.

مسیر های آینده

مواد زیستی-در حال توطئه و پایدار

بررسی پلیمر های حاصل از منابع تجدید پذیر (به عنوان مثال، سلولز، دیننین) و طراحی اپتیک های زیست شناختی می تواند تاثیر زیست محیطی را کاهش دهد، مانند کسانی که سطوح ضد انعکاس چشم را تقلید می کنند، همچنین با استفاده از روش های پلیمری افزودنی توسعه یافته اند.

آموزش ماشین و نمایش عالی در سراسر

هوش مصنوعی می تواند خواص نوری کاندیداهای جدید پلیمری را بر اساس ساختارهای تکمر پیش بینی کند.تولید و سیستم عامل های شناسایی از طریق بالا، کشف ترکیبات بهینه را تسریع می کند، و چرخه آزمایشی و تروریستی را کاهش می دهد.

سیستم های ارگانیک ترکیبی (coicative systems)

ترکیب پلیمر های افزودنی با نقاط کوانتومی، Perovskites یا فوتونیک سیلیکون دستگاه های هیبریدی ایجاد می کند که از بهترین هر دو جهان استفاده می کنند.به عنوان مثال، Waveguides پلیمری جاسازی شده می توانند با تراشه های عکس سیلیکون بدون مشکلات شاخص ارتباط برقرار کنند.

قابلیت Reconfigurable و Adaptive Optics

پلیمرهای پاسخگو به گلیوم (photochromic، الکتروکرومیک یا mechanochromic) می توانند به طور پویا خواص نوری خود را در پاسخ به محرک های خارجی تغییر دهند.این درب ها را به پنجره های هوشمند، لنزهای سازگار و سنسورهای با حساسیت تنبل باز می کند.

نتیجه گیری

طراحی پلیمر های افزودنی با خواص نوری تنبل نشان دهنده یک زمینه پر جنب و جوش و به سرعت در حال پیشرفت است. [۱] با تسلط بر رابطه بین ساختار مولکولی و تعامل نور، محققان مواد را ایجاد کرده اند که الزامات خواستار از عمق عکس های مدرن را برآورده می کنند، اصلاح شیمیایی جامع و نانو تکنیک های تصویربرداری، جعبه ابزار متنوع برای سفارشی کردن شاخص های انکساری، جذب و انتشار گازهای گلخانه ای در حال حاضر در سنسور های علمی پایدار، و مهندسی عکس های پیشرفته تر، و پیشرفته تر، ردیابی تصاویر و تکنیک های پیشرفته تر، و مهندسی عکس، و پردازش تصاویر پیشرفته تر، و پردازش تصاویر، و پردازش تصاویر، استفاده می کنند.