Fabricação de Microsferas de Polímeros para Resonadores Ópticos e Aplicações Laser

As partículas de nano / micro-tamanho de polímero são amplamente utilizadas para uma variedade de aplicações, incluindo como suporte de catalisador, enchimentos de cromatografia em coluna, agentes de administração de fármaco, sondas fluorescentes para rastreamento celular, mídia ótica e assim por diante ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5 6 , 7 , 8 , 9} . Em particular, os polímeros conjugados com π têm propriedades inerentes luminescentes e de carga que são benéficas para aplicações ópticas, eletrônicas e optoeletrônicas usando esferas de polímero ^{10 , 11 , 12 , 13 , 14} , especialmente aplicações de laser usando soft orgMateriais anímicos ^{15 , 16 , 17} . Por exemplo, a integração tridimensional de esferas com diâmetros de vários centenas de nanômetros forma cristais coloidais, que mostram aberturas da banda fotônica com um certo comprimento de onda ^{18 , 19} . Quando a luz é confinada na estrutura periódica da intersfera, a ação de laser aparece no meio da banda de parada. Por outro lado, quando o tamanho das esferas aumenta para a escala de vários micrômetros, a luz é confinada dentro de uma única microesfera através da reflexão interna total na interface polímero / ar ²⁰ . A propagação da onda de luz na circunferência máxima resulta em interferência, levando ao aparecimento de um modo ressonante com linhas de emissão afiadas e periódicas. Estes modos ópticos são os chamados "modos de galeria de sussurros" (WGMs). O termo "galeria sussurrante" originou-se deA Catedral de São Paulo em Londres, onde as ondas de som se propagam ao longo da circunferência da parede, permitindo que os sussurros sejam ouvidos por uma pessoa do outro lado da galeria. Como o comprimento de onda da luz está na escala submicrométrica, que é muito menor do que as ondas sonoras, uma grande cúpula não é necessária para o WGM da luz: pequena, escala micrométrica, vasos bem definidos, como microesferas, microdiscs , E microcristais, cumprem as condições do WGM.

A Equação 1 é uma forma simples da condição de ressonância de WGM ²¹ :

Nπd = lλ (1)

Onde n é o índice de refração do ressonador, d é o diâmetro, l é o número inteiro, e λ é o comprimento de onda da luz. A parte esquerda de (1) é o comprimento do caminho óptico através de uma propagação de círculo. Quando o caminho óptico coincide com oMúltiplo inteiro do comprimento de onda, a ressonância ocorre, enquanto no outro comprimento de onda, a onda de luz é diminuída após o arredondamento.

Este artigo apresenta vários métodos experimentais para preparar microesferas para ressonadores WGM a partir de polímeros conjugados em solução: difusão de vapor ^{22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30} , mini-emulsão ³¹ e precipitação de interface ³² . Cada método possui características únicas; Por exemplo, o método de difusão de vapor proporciona microesferas bem definidas com esfericidade muito alta e superfícies lisas, mas apenas os polímeros de baixa cristalinidade podem formar essas microesferas. Por outro lado, para a mini emulsãoMétodo, vários tipos de polímeros conjugados, incluindo polímeros de alto cristalino, podem formar esferas, mas a morfologia da superfície é inferior à obtida a partir do método de difusão de vapor. O método de precipitação de interface é preferível para a criação de microesferas a partir de polímeros não conjugados dopados com corantes. Em todos os casos, a seleção do solvente e do não solvente desempenha um papel importante na formação da morfologia esférica.

Na segunda metade deste artigo, são apresentadas técnicas de μ-PL e micro-manipulação. Para a técnica μ-PL, as microesferas são dispersas em um substrato, e um feixe laser focado, através de uma lente de microscópio, é usado para irradiar uma única microesfera isolada ²⁴ . O PL gerado de uma esfera é detectado por um espectrômetro através da lente do microscópio. Mover o estágio da amostra pode variar a posição do ponto de excitação. O ponto de detecção também é variável pela inclinação da optica colimadora da excEm relação ao eixo óptico do percurso de detecção ^{28 , 32} . Para investigar a propagação da luz interesternal e a conversão do comprimento de onda, a técnica de micro-manipulação pode ser usada ³² . Para conectar várias microesferas com diferentes propriedades ópticas, é possível pegar uma esfera usando uma micro-agulha e colocá-la em outra esfera. Em conjunto com as técnicas de micromanipulação e o método μ-PL, várias medições ópticas podem ser realizadas utilizando esferas de polímero conjugadas, que são preparadas por um simples método de auto-montagem. Este documento de vídeo será útil para os leitores que desejam usar materiais poliméricos macios para aplicações ópticas.