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Omni-TA900

Omni-TA900 飛秒瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)

Omni-TA900 飛秒瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)用于研究光電材料、光電器件，有機(jī)太陽(yáng)能電池等激發(fā)態(tài)光譜和動(dòng)力學(xué)，是在超快時(shí)間尺度上研究物理和化學(xué)材料體系中各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程的有效工具, 用于能源材料、納米材料、有機(jī)分子材料的光化學(xué)過(guò)程更深層次的探究和論證。
 
 
 
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產(chǎn)品概述
Omni-TA900 飛秒瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)用于研究光電材料、光電器件，有機(jī)太陽(yáng)能電池等激發(fā)態(tài)光譜和動(dòng)力學(xué)，是在超快時(shí)間尺度上研究物理和化學(xué)材料體系中各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程的有效工具, 用于能源材料、納米材料、有機(jī)分子材料的光化學(xué)過(guò)程更深層次的探究和論證。
 
 
泵浦- 探測(cè)原理
 
光是調(diào)控和測(cè)量分子能級(jí)躍遷的重要手段，分子受光激發(fā)以后發(fā)生能級(jí)躍遷，這伴隨著分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)布局?jǐn)?shù)的變化，從而會(huì)引起分子或材料系統(tǒng)對(duì)光的吸收或發(fā)射發(fā)生變化。泵浦-探測(cè)技術(shù)通過(guò)一束脈沖光激發(fā)樣品，用于發(fā)生能級(jí)躍遷，再利用一束脈沖光對(duì)激發(fā)態(tài)進(jìn)行探測(cè)，連續(xù)調(diào)節(jié)激發(fā)光脈沖和探測(cè)光脈沖的時(shí)間延遲，能夠得到激發(fā)態(tài)隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)態(tài)弛豫過(guò)程的監(jiān)測(cè)。

泵浦- 探測(cè)能級(jí)躍遷示意圖
 
飛秒瞬態(tài)吸收系統(tǒng)
 
飛秒瞬態(tài)吸收光譜是一種在飛秒時(shí)間尺度上的時(shí)間分辨泵浦-探測(cè)（pump-probe）技術(shù)，因其時(shí)間尺度較短，該方法可以用于探測(cè)電子激發(fā)態(tài)的大部分信息，包括能量轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移、弛豫以及異構(gòu)化等研究。該技術(shù)手段主要是先用一束泵浦光產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，再用另一束寬光譜范圍的探測(cè)光對(duì)瞬態(tài)中間物種吸光度進(jìn)行光譜測(cè)量，能夠同時(shí)在超快時(shí)間和光譜維度對(duì)激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行測(cè)量。
飛秒激光器作為系統(tǒng)光源并分為兩路，其中一束作為泵浦光將樣品從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，另外一束光進(jìn)入白光發(fā)生器生成超連續(xù)白光作為瞬態(tài)吸收的探測(cè)光。通過(guò)測(cè)試有以及無(wú)激發(fā)光材料吸光度的變化得到瞬態(tài)吸收信號(hào)。測(cè)量原理上，為了提前信噪比，減小探測(cè)光抖動(dòng)造成的假信號(hào)，可以將探測(cè)光分為兩路，一路作為probe光，另一路作為reference光。同時(shí)還需要排除背景信號(hào)和熒光信號(hào)對(duì)瞬態(tài)吸收信號(hào)的影響。
 
 
材料因外光電效應(yīng)產(chǎn)生能級(jí)躍遷主要發(fā)生在飛秒時(shí)間，這個(gè)過(guò)程伴隨著隨后的激發(fā)態(tài)弛豫，如電子或空間的復(fù)合在隨后發(fā)生，這些過(guò)程主要在皮秒、納秒時(shí)間時(shí)間尺度。對(duì)于很多半導(dǎo)體材料，由于內(nèi)部往往存在缺陷態(tài)，還伴隨缺陷態(tài)參與的更慢的時(shí)間尺度，包括微秒、毫秒等時(shí)間尺度。飛秒瞬態(tài)吸收光譜可以得到飛秒-納秒時(shí)間范圍內(nèi)的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，是研究材料或有機(jī)分子中超快化學(xué)、物理過(guò)程的有力工具。
 


泵浦-探測(cè)原理

不同時(shí)間延遲（t）下獲取的瞬態(tài)吸收光譜
飛秒瞬態(tài)吸收光譜應(yīng)用
 
作為超快光譜技術(shù)之一, 飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)是重要的超快動(dòng)力學(xué)研究手段,不僅可以探究分子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程, 還可以對(duì)一些表觀層面的現(xiàn)象進(jìn)行更加深入的理解和闡釋。目前已廣泛應(yīng)用于生物、物理、化學(xué)、材料等方面的研究。例如新型納米材料的光電轉(zhuǎn)化機(jī)制、光合作用的研究、DNA光損傷機(jī)制、光致變色反應(yīng)等研究。

實(shí)測(cè)案例—光生載流子轉(zhuǎn)移和復(fù)合過(guò)程研究
 
鈣鈦礦MOFs  材料中的有機(jī)金屬骨架可提高鈣鈦 礦納 米晶的穩(wěn)定性，應(yīng)用于更亮和更穩(wěn)定的LED 器件， 瞬態(tài) 吸收光譜可以對(duì)其進(jìn)行光物理過(guò)程的探測(cè)，從而在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)和生長(zhǎng)。右圖為一種MOFs 穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶的瞬態(tài)吸收光譜圖。

有機(jī)太陽(yáng)能電池 (OSCs) 電荷復(fù)合與三重態(tài)激子相互作用

高性能有機(jī)光伏器件采用體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，通過(guò)眾多的給體-受體（D-A）異質(zhì)結(jié)形成的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)有助于激子態(tài)的解離。 然而，源自光生載流子復(fù)合所產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的自旋特性會(huì)導(dǎo)致形成低能量三重態(tài)激子（T1 ）并引發(fā)弛豫過(guò)程發(fā)生，從 而導(dǎo)致光電流的損失。利用飛秒瞬態(tài)吸收光譜研究不同材料構(gòu)型的激發(fā)態(tài)光譜和動(dòng)力學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，使用具有較弱激子結(jié)合 強(qiáng)度的給體和受體可以減少三重激子態(tài)的形成，同時(shí)又不犧牲激子解離效率。通過(guò)對(duì)OSCs電荷復(fù)合與三重態(tài)激子相互作 用機(jī)制，討論了其對(duì)材料設(shè)計(jì)、器件 工程和光物理的潛在影響，從而為未來(lái)有機(jī)光伏器件充分發(fā)揮其潛力提供了全面的基 礎(chǔ)。

不同材料的二聚體離域態(tài)激子的瞬態(tài)吸收光譜和分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果

有機(jī)太陽(yáng)能電池不同材料組成的瞬態(tài)吸收光譜測(cè)試結(jié)果

技術(shù)參數(shù)
 

飛秒光源中心波長(zhǎng)

800±10nm

1030±3nm

探測(cè)波長(zhǎng)范圍

(UV-Vis-NIR)

300-700nm；400-900nm; 450-1000nm；900-1700nm；

300-500nm; 380-600nm; 500-1000nm; 900-1600nm

泵浦光波長(zhǎng)范圍

240-480nm;475-1160nm；1160-1600nm；1600nm-2600nm

300-480nm; 600-900nm;1200-2500nm

探測(cè)時(shí)間窗口

4ns/8ns

時(shí)間分辨率

1.5 倍激光器脈寬

靈敏度

寬光譜 0.1ΔmOD，單波長(zhǎng) 0.01ΔmOD

測(cè)試模式

反射、透射、背激發(fā)

樣品腔

液體、粉末、薄膜

軟件

探測(cè)光穩(wěn)定性監(jiān)測(cè) 、光譜預(yù)覽 、光譜矯正 、光譜平滑 、數(shù)據(jù)擬合

 

功能拓展

微區(qū)光譜

寬場(chǎng)瞬態(tài)吸收成像

時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)模塊：最小時(shí)間間隔 2ps, 最小壽命范圍 100ps，波長(zhǎng)分辨率0.08nm

飛秒克爾門時(shí)間分辨熒光光譜：光譜范圍400-900nm，激光脈寬50fs，樣品壽命測(cè)量時(shí)間窗口4ns

示例數(shù)據(jù)

單晶氧化鋅瞬態(tài)吸收光譜測(cè)試結(jié)果

參考文獻(xiàn)

[1]Jiang, K., Zhang, J., Zhong, C. et al. Suppressed recombination loss in organic photovoltaics adopting a planar–mixed heterojunction architecture. Nat Energy 7, 1076–1086 (2022).

[2]Gillett, A.J., Privitera, A., Dilmurat, R.et al.The role of charge recombination to triplet excitons in organic solar cells. Nature 597, 666–671 (2021).

[3]Krishnapriya, K.C., Roy, P., Puttaraju, B. et al. Spin density encodes intramolecular singlet exciton fission in pentacene dimers. Nat Commun 10, 33 (2019).