עיצוב פולימרים עם תכונות אופטיות בלתי ניתנות להנדסת חיישן ומכשירים

הנדסה של אור ועניין רך

פולימרים שיכולים בדיוק לשנות את האינטראקציה שלהם עם אור מייצגים שינוי עמוק בהנדסה חומרים.בניגוד גבישים אורגניים קשיחים, מקרומולקולטים מתאימים אלה מאפשרים למהנדסים להכתיב ספיגה, פליטה, התחדשות, ופיזור באמצעות התפתחויות כימיות ומבניות מכוונים.יכולת זו לכוונון אופטי בתגובה לרמזים סביבתיים או דרישות תפעוליות היא לעצב מחדש שדות מאבחון סביבתי ו ניטור לאלקטרוניקה גמישה וגמישות, כלומר, לא ניתן לתפקוד אופטית, אך ורק לתפקוד אופטי, כלומר, הוא יעיל, כלומר, כלומר, כלומר, הוא יעיל, כלומר, הוא יעיל, יעיל, כלומר, יעיל, הוא מסוגל רק לתפקוד אופטי, הוא מסוגל לבצע עיבוד אופטי, כלומר, יעיל, כלומר, כלומר, יעיל, יעיל, הוא מסוגל רק כדי להשיג חומרים אופטי, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, הוא מסוגל רק כדי לפתח חומרים אופטי, יעיל, כלומר, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, יעיל, הוא מסוגל לבצע עיבוד אופטי, הוא מסוגל, הוא מסוגל, הוא מסוגל לבצע עיבוד אופטי, הוא מסוגל רק כדי להשיג חומרים אופטי, יעיל, כלומר, כלומר, כלומר

תוצאות של התנהגות אופטית פולימר

הביצוע האופטי של פולימר נובע מאיך עננים אלקטרונים ואדריכלות מולקולרית אינטראקציה עם קרינה אלקטרומגנטית.התופעות העיקריות - תפיסה, שידור, השתקפות, סיכה - נשלטים על ידי מבנה הלהקה האלקטרוני של החומר, קטבקיות, ומורפולוגיה.במערכות אור-קריסטליות או סמי-קריסטליות, התפשטות אור מושפעת מאוד על ידי ה-FLT:0rereairtive תפקודים של צבע (D2) הוא מ-Ricial (Ricial) או פיזור) הוא מ-RVerphive (שלבים) או מעגליים (R.

(הדגשה של ה-) מגדירה את מרחב העיצוב (ההכחדה (FcioLT:0) ,kFuad:1) כ"הפסדים" (צילום: 2 פוטו-מהפכה) (צילום: תפוצה) , לעומת זאת, יעילות של שינוי פוטו-פוטנטי ב-Digitaleration-FLT) מאפשרת לדגמי בקרה אופטיים ולהפחית את ה-Spotation-Supation, וניתן ל-Dronicial Reductions.

טכניקות לפולימרים אופטיים

אימות העיצוב האופטי של פולימר דורש התאמה מדויקת. אליפסומטריה אמצעים refractive Index ועובי סרט על פני מגוון של אורכי גל. פלואורנססקופיה קוונטית תשואה קוונטית ותקופות חיים נרגשות. עבור יישומי גל מונחה, תופעות תגמול פתע לקבוע מצב אינדיקציות והפסדים של מדידה אלה חיוני כדי לסגור את הביצועים בין ביצועים מולקולריים לבין טכניקות מיקרוסקופיות מתקדמות כגון אופטימיזציה אופטית של תמונות אופטית אפילו קרוב.

אסטרטגיות ל-Achieving Tunable Optical Properties

הנדסה כימית והנדסת קבוצות פונקציונליות

הגישה הישירה ביותר לכוונון תכונות אופטיות היא בבחירת מונומרים וקבוצות פונקציונליות חודרות.שילוב אלקטרונים-על או אלקטרונים-לכאורה משתתפים לאורך עמוד השדרה המתואם את פער HOMO-LUMO, שינוי ספיגת הראייה וצבעים של תאורה צהובה-לוקסית.

שילוב של אטומים כבדים כמו ברוסמי או יוד לתוך השדרה פולימר יכול לקדם מעבר מערכתי, המאפשר החלפת חדר-זמן זרחן והפעלה תרמית של פלואורשן (TADF) מנגנונים אלה להרחיב את ערכת הכלים ליצירת פולרים יעילים ללא מורכבות מתכת כבדה חקרו גם את קבוצות אחסון אופטית אוסמומית כגון spiropyranic או Diarythene יכול להיות מקושרת להפליא לשרשרת פולימרנית, מנקה, שינויים קלים, 000 אור בהירה.

אדריכלות קופויצ'ר ופולימר בללינג

אקראי, בלוק, או graft copolymerization ממזג את המאפיינים של מונומרים נפרדים למערכת אחת, המאפשר שליטה בסדר על מעברים אופטיים.FLT:0Gradient copolymersFLT:1 בדיוק, שבו שינויים ההרכבים באופן חלקה לאורך שרשרת, ליצור פרופילים אופטיים הדרגתיים כי הם בעלי ערך עבור ציפויים אנטי-מדומים ו-Graining על ידי עדשות מקבל קומפלקס בודד כדי להיות מוגדר לתוך מנגנונים עצמיים חד-מדומים.

תערובת גופנית של שני פולימרים או יותר, או פיזור של חלקיקים אורגניים בתוך ממטריקס פולימר, מציעה נתיב חזק אחר.שלב מארחת גבוהה-refractive-index עם תחומים נמוכים-index לייצר מתפזרים-כיפוף בגל קומפקטיות קומפקטית, תוך הוספת dotsumums או חלקיקים plasmonic מציג ספיגה חדה להגדיר קפיצה עם גודל זהה או קצר של תרכובת חלקיקים.

אדריכלות פוטוניקה ואדריכלות

מבנים תקופתיים בקנה מידה תת-גל יוצר:0 להקות פוטוניקה פערים 1:Fteau 1LT (Sildial Respecive Structures) אשר משקפים או משדרים מסוימים גלאז's.block copolymer self-assembly יכול ליצור lamellar, cylindrical, או gyroids עם ספויסטיקים על סדר האור הנראה, הניב אחד, שניים, או שלושה מבנים מפוזרים מתקדמים, כולל צבעים אלה.

משטח plasmon resonance (SPR) ב nanostructures מתכתיים משובצים במטריקס פולימרי amplifies המקומי אלקטרומגנטית ליד ממשק מתכת-דיאלקטרי.זה משפר באופן דרמטי את פלואורשן או Raman פיזור. A המכיל זהב nanorods יכול להציג להקות ספיגה עגבת של צינורות גלויים קרוב ל- infrared רק על ידי שינוי יחס nanorod או מדד השבירה של המקיפים של פלטפורמות אלה.

אלמנטים קריטיים לשליטה דינמית

טונה אמיתי מרמז כי פלט אופטי של חומר ניתן לשנות על הביקוש. Polymers המכיל פלח thermoresponsive, כגון פולי(N-isopropylacrylamide), לעבור מעבר coil-to-globule אשר משנה את אור פיזור אור.עקרון זה מנוצל בחלונות רגישים טמפרטורה המעבר משקיפות ל- pH רגישה.

(FLT:0) ממאכנוכיה פולימרים פולימרים פולימרים פולימרים 1FLT:1) מכילים מולקולות רגישות כוח - ספירפירן, דיוקסנטאן, או cyclophane - שמשנים צבע או זוהר על עיוות מכני. Distributed בתוך רשת אריזמית של אריזטור, אלה mechanophores אותות מדגישים לפני כשלון מקרוסקופי מתרחשת, ומאפשר נזק מוקדם גילוי מבני בצורות אור חלשות, הן תכונות מכניות של חומרים אופטיות, עם גירוי אופטיים חד-חמצני, עם רכיבי דלקתיות חד-חמצני, הן תכונות מכניות חד-חמצני יחיד, ואפקטיביות, עם ריכוזי ראייה מכנית של חומר מכנית של גירוי מכנית של חומרים אופטית עוצמה, עם ריכוזי עוצמה, אשר מאפשר ריכוזי של גירוי מכנית של גירוי מכנית של חומר מכנית של חומר מכנית של חומר מכנית של גירוי מכנית של גירוי אופטית של צבעים אופטית יחיד, עם רכיבי photochlastic אחד, עם רכיבי דלקתיים עם רכיבי דלקתיים חזקים של גירוי מכנית יחיד, עם רכיבי צבע מכנית של גירוי מכנית של גירוי מכנית של גירוי אופטית של גירוי אופטית יחיד, אשר מאפשר ריכוז אותות מכנית יחיד, אשר מאפשר ריכוזי ראייה כפולה

ההתקדמות האחרונה בכימיה דינאמית covalent מציגה אג"ח הפיכה (imines, estersboronic, disulfides) שיכול להיות מתוקן או פוטו-כימיה להחליף.זה מאפשר לאחר סינתזה מחדש של תכונות אופטיות, לשפשף את הדרך עבור חומרים אופטיים עצמיים ומכשירים פוטוניים הניתנים להתאמה לשינוי דרישות תפעוליות.

שיטות סיינטזה ותהליכי עיבוד עבור אופטיקה גבוהה

עדיפות בעיצוב פולימר דורש טכניקות פולימריזציה מבוקרת.לחיות פולימריזציה רדיקלית (ATRP, חיל האוויר המלכותי) ופתיחת טבעת-פתוחה metathesis פולימיזציה (ROMP) מאפשרות פיזור צר והתוספת הניתוב של בלוקים פונקציונליים. Thiol-ene ו- thiol-yne לחיצה על מנת למנוע את ההחזקה היעילה של קבוצות chromophoric מבלי לפגוע בשקיפות האופטית של ה-S.

עיבוד ממלא תפקיד משמעותי באותה מידה.FLT:0 ânimprint Lithographs FLT:1 יכול לגלם יעילות תת- 100-nm grating ו גל מונחות על שכבות תרמופלסטיות, יצירת אלמנטים אופטיים דיפראקטיביים אדפטיים מבוזרים לייזרים מבוזרים, 000 ריצוף מייצר ננופיברווס משופר עם אזורים על פני שטח גבוה כי מעצימה פלואורקינג חיישנים מחסנים מחסנים תואמים עכשיו הם ציפוי לייזרים סטנדרטיים של צינורות מתכת.

Solvent vapor annealing וטיפולים תרמיים מאפשרים לאחר תצורה מחדש של מורפולוגיה.לדוגמה, annealing סרט פוליפלורן יכול לעבור אותו משלב amorphous זכוכית עד β-phase עם בהירות משופרת ופליטה יעילה יותר. עבור גל ביצועים גבוהים, ניקוי קפדני להסרת זרז מתכתי משקל נמוך במשקל נמוך במשקל β-משקל עם ירידה קריטית להפחתה יעילה יותר של זיהומים אופטיים.

בניית חיישנים עם חומרים נטולי חתונות

חיישן כימי וביולוגיה מבוסס פלואורנס

חיישנים המבוססים על פולימרנים מנצלים את אפקט "חוט מולקולרי", שבו הגירה exciton לאורך הגב עמוד השדרה amplifies quenching בנוכחות של אנאליס. אירוע מחייב יחיד יכול להחשיש שרשרת זיהוי פולימר שלם, המאפשר זיהוי גבולות למטה לדלקתיים מורכבים כגון מפשיטות מתכת מורכבות של חומר נפץ אדניטריאני.

חיישנים רציומטריים משתמשים באסטרטגיה כפולה של פליטה: שיא פליטה אחד משמש כנקודת התייחסות פנימית בעוד השני מגיב ל- אנאליט.זה מפחית פריטים מתנודות בעוצמת מקור האור או ריכוז פולימרי. על ידי שילוב שני פלואורופורחים עם תשובות נפרדות באותו עמוד השדרה פולימרי, קוונטיזציה מדויקת של pH, ריכוז או רמת חמצן הופכת להיות אפשרית.

חיישנים ביולוגיים נהנים מפולימרים המשלבים תגובה אופטית עם ביו-אופטימיות.פולידילבן vesicles עוברים מעבר צבע כחול-אדום על אינטראקציה עם רעלים חיידקיים או חלבונים ויראליים, ומספקים אות חזותית הדורשת לא מכשיר מתוחכם. בדומה לכך, פולימרים מאוישים מולקולרית עם קבוצות עיתונאיות פלואורסנט יכולים לקשור באופן סלקטיבי ולסמן נוכחות של סממנים ספציפיים בתרכובות ביולוגיים אלה הם חומרים מורכבים.

אינדקס מקרר וחיישנים פלאסמוניים

חיישנים של Refractive Index (RI) לפקח על השינוי באינדקס יעיל כמו מודעות אנאליות על פני השטח פולימרים.comings של פולימרים גבוהים RI על סיבים אופטיים או גל מדריכים יוצרים את שכבת transducer עבור רמות biosensing ללא תווית.comic intrinsic RI של הפולימרים מכוונן באמצעות תוכן או דחיסות אווירית כדי למקסם את התצורה של CPRDicIVE CPRDIVELicIVELsivesive של תצורה של ⁇ dicial CPRDICERD.

פולימרים פלאסמוניים להטביע כסף או זהב חלקיקים נוספים לשפר את הרגישות המקומית RI.ההמצב הפסגה ההכחדה משתנה ליניארי עם קבוע דיאלקטרי של הסביבה פולימרית.על ידי הנדסה מארח הידרוגל מגיב, נפיחות ו deswelling s הנגרמת על ידי pH או טמפרטורה משנה את הדימום הבין-חלקיקי של חומר, יצירת מסנן pmonic מחלף כי כפול כמו חיישן חזותי.

חיישנים צבעוניים ומככנומיים

חיישני פולימרים צבעוניים מנצלים שינויים מבניים לעין העירומה. hydrogels inverse Opalverse להציג להקה עוצר פוטוניקה שמשנהתת עם נפיחות.כאשר פונקציונלי עם גלוקוז חמצון, הם מצביעים באופן חזותי על ריכוז גלוקוז עבור אבחון נקודה של טיפול (FLT:0 photonic hydrogelsFLT:1 תוכנן גם כדי לזהות racati, urea, להרכיב את הבסיס של אלקטרוניקה הראייה.

פולימרים מכניים מכניים מספקים קריאה חזותית ישירה של זן.שילוב יחידות bisbenzolyl stilbene לתוך רשתות פוליאורתטן מניב סרטים כי פלורסס באופן שונה על מתיחה עקב שינויים בהיערכות מולקולרית ו aggregation. חומרים אלה ניתן לטבול על רכיבים מבניים, חושף נזק תת-קרקעי באמצעות שינוי צבע פליטה או אינטנסיביות, אשר הוא inuable עבור ניטור חומרים חדשים של חומרים מורכבים של חומרים אלה.

מכשירים אופטיים שניתן להשיג על ידי Polymers

תצוגות גמישות ו- Solid-state תאורה

פולימרים בולטים הם שכבת ארכיטיבי פעיל ב פולימר אור פולטת אור (PLEDs) צבע כוונון מושג על ידי התאמת הרכב מונומר. פליטת אור לבן יכול להיווצר על ידי ערבוב מינים אדומים, ירוק וכחול פולטים או על ידי שימוש ממשקים מורכבים-מחדש.הציות מכני של פולימרים מאפשר תצוגות מתקפלות גבוהה וניגודיות תחת הדבקה מלאה יכול להיות משולב לוחות מבוזרים.

בתאורה מוצקה של המדינה, ספקטרום אור אורגני מבוסס פולימרי מפותח עבור גדול-area, לוחות תאורה דיפרנציבית. spectra הפליטה הטונפול שלהם מאפשר גוונים לבנים חמים עד-קוטלים ללא זרחן למטה שכבות. השימוש של גבישים עצמי להרכיב גבישים פוטוניים כמו מבנים מתפוצצים גם משפר יעילות אור, טיפול במכשול מרכזי כדי לשלב את המולקולות של צבע ארוך יותר.

« « « « מהדורות תואמים לנס ומיקרולן Arrays

גבישי נוזלי יכול לשנות את הריפוי בתגובה לחום או שדות חשמליים, להרכיב עדשות באורך מוקד טונה. Embedding photothermal Coloruation מאפשר הפעלה מונחה מונחה אור, יצירת עדשות כי להתמקד עצמי מבוסס על עוצמת אירוע. אלמנטים אלה משמשים כמו אופטיקה אדפטית אדפטית במודולים מצלמה קומפקטית ולהגדיל את ראשי המציאות ממוחזרים מקרינת UV-UV באמצעות מולקולות אופטיות להתנגשות.

המונחים: Optical Interconnects

מעגלים משולבים פוטוניקה דורשים חומרים שיכולים להנחות אור עם אובדן נמוך ומאפשרים מודולציה פעילה. פולימרים אלקטרו-אופטיים, דחוסים עם chromophores לא ליניארי, יכול לשנות אינדקס השבירה תחת שדה חשמלי יישומי באמצעות אפקט Pockels. חומרים אלה, כאשר מדביקים ומשולבים לתוך מאך-Za interferometers, להפוך מודטורים מהירים עבור מרכזי פולימרים.

התמודדות עם אתגרים סקלאבוליים וקיצוניות

תרגם פולימרים טוטליים מן המעבדה לשוק כרוך בהשורדים נכנסים ביציבות, התחדשות, ורמתיות. הרבה פולימרים מחוסנים מפוספסים תחת תאורה אינטנסיבית מתמשכת, אשר מפחיתה את חיי החיישן. Encapsulation עם חמצן-לחות שכבות הוא חיוני, אם כי זה לא חייב להתפשר בהירות אופטית.

גמישות באטצ'-ל-בטן במשקל מולקולרי ופולידיספרסיות יכולה להשפיע על מורפיולוגיה פיל דק, וכתוצאה מכך, תגובה אופטית של כימיה זרימה מתקדמת ו ניטור מקוון מאומצים כדי להדק את בקרת האיכות.עבור ננוקומה פילמוסים פילמוסים, השגת פיזור אחיד ללא הדבקה נשאר אתגר כימיה, לעתים קרובות באמצעות פני השטח של חלקיקים לא מתאימים עם רצועות פולימריות, כגון תגובות מתכתיות כבדות, כגון שימוש כבדות, כגון לחץ דם ירוק.

כיוונים עתידיים: מערכות חכמות ורב-תפקודיות

הגבול של טוטלי פולימרים אופטיים מתרחב לעבר מערכות מרובות פונקציונליות, אוטונומיות.FLT:0Bio-inspireed חומרים מעורר השראה FLT:1 לצייר על ⁇ ⁇ של חתכים beetle או cephalopod העור, באמצעות בלוק חומרים מלוכדים עצמיים-מדומים כדי ליצור צבעים מבניים הניתנים להגדרה להגיב לגירויים מרובים בצורות מקבילות, או סגסוגת אופטית, יכולים גם להיות מלוכדים, כגון חומרים אופטיים, כגון צבעים אופטיים, כגון, או חומרים אופטיים, כגון, כגון, או חומרים אופטיים, כגון:

אלגוריתמים של בינה מלאכותית ולמידה של מכונות מאיצים את התגלית של יצירות פולימרים חדשות.מודלים יצרניים יכולים לחזות זוגות התורם-קבלנים הנותנים ספקטרום הרצוי, בעוד שלמידה חיזוקית מייעלת נתיבי סינתזזה.באמצעות ניסיון רב-דרך בשילוב עם אופי אופטי אוטומטי סוגר את הלולאהט-העיצוב-המבחן בזמן שיא.

חיישני אופטיים לבישים מייצגים אזור צמיחה גדול. Soft, כתמים בעור המכילים הידרוגלי גביש פוטוניים יכול לפקח באופן רציף על סוודרים ביומרקרים או דופק oximetry באמצעות שינויים בצבע משתקף. Power ניתן לספק על ידי photovoltaics אורגני גמיש באמצעות תערובת פולימרים טונה כדי להתאים את ספקטרום אור הסביבה. אינטגרציה עם אנטנה קורא אלחוטית הופכת את הכתמים האלה לתוך האינטרנט של דברים אמיתיים עבור לאפסים וקורטוזמיים קליניים עבור טיפול רפואי, הם בדיקות טיפוליות.

בתחום טכנולוגיות קוונטיות, פולימרים עם רמות אנרגיה ממונדסות בדיוק נחקרים כמו פולטים פוטוניים בודדים.שליטה nano-environment של פגמים פלואורסנט מאפשרת פגמים זעירים של החדר-זמניים קוונטיים מקורות שניתן לשלב בתוך מעגלים פוטוניים גמישים.זה יכול להוביל למכשירים מרכזיים קוונטיים ניידים וחיישנים קוונטיים רגישים מאוד עבור שדה מגנטי וטמפרטורות המדידות על יכולתנומטריד עכשיו כדי לפתוח חומרים גמישים על ידי פתיר.

פולימרים אופטיים חד-משמעיים משנים באופן יסודי את האופן שבו מהנדסים ניגשים לאינטראקציה קלילה-מסובבת של עיצוב כימי, ננוור ותגובה דינמית מאפשרת יצירת חומרים הפועלים כמשתתפים פעילים בחישה ובעיבוד אותות, לא רק רכיבים פסיביים.כפי ששיטות הסינתזה בוגרות וכלים חישוביים הופכים להיות עוצמתיים יותר, פולימרים ימשיכו לגשר על הגמישות של החומר עם הדיוקן והדיוק האופטיבי של מערכות הללו, הן מאפשרות להזיזוכות את הסביבה הגמישות שלהן, והן את השיטות הבאות.