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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，有機太陽能電池等激發(fā)態(tài)光譜和動力學，是在超快時間尺度上研究物理和化學材料體系中各種動力學過程的有效工具, 用于能源材料、納米材料、有機分子材料的光化學過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，有機太陽能電池等激發(fā)態(tài)光譜和動力學，是在超快時間尺度上研究物理和化學材料體系中各種動力學過程的有效工具, 用于能源材料、納米材料、有機分子材料的光化學過程更深層次的探究和論證。
 
 
泵浦- 探測原理
 
光是調(diào)控和測量分子能級躍遷的重要手段，分子受光激發(fā)以后發(fā)生能級躍遷，這伴隨著分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)布局數(shù)的變化，從而會引起分子或材料系統(tǒng)對光的吸收或發(fā)射發(fā)生變化。泵浦-探測技術(shù)通過一束脈沖光激發(fā)樣品，用于發(fā)生能級躍遷，再利用一束脈沖光對激發(fā)態(tài)進行探測，連續(xù)調(diào)節(jié)激發(fā)光脈沖和探測光脈沖的時間延遲，能夠得到激發(fā)態(tài)隨時間變化的動力學過程，實現(xiàn)對激發(fā)態(tài)弛豫過程的監(jiān)測。

泵浦- 探測能級躍遷示意圖
 
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間尺度上的時間分辨泵浦-探測（pump-probe）技術(shù)，因其時間尺度較短，該方法可以用于探測電子激發(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光對瞬態(tài)中間物種吸光度進行光譜測量，能夠同時在超快時間和光譜維度對激發(fā)態(tài)動力學進行測量。
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)吸收的探測光。通過測試有以及無激發(fā)光材料吸光度的變化得到瞬態(tài)吸收信號。測量原理上，為了提前信噪比，減小探測光抖動造成的假信號，可以將探測光分為兩路，一路作為probe光，另一路作為reference光。同時還需要排除背景信號和熒光信號對瞬態(tài)吸收信號的影響。
 
 
材料因外光電效應產(chǎn)生能級躍遷主要發(fā)生在飛秒時間，這個過程伴隨著隨后的激發(fā)態(tài)弛豫，如電子或空間的復合在隨后發(fā)生，這些過程主要在皮秒、納秒時間時間尺度。對于很多半導體材料，由于內(nèi)部往往存在缺陷態(tài)，還伴隨缺陷態(tài)參與的更慢的時間尺度，包括微秒、毫秒等時間尺度。飛秒瞬態(tài)吸收光譜可以得到飛秒-納秒時間范圍內(nèi)的激發(fā)態(tài)動力學過程，是研究材料或有機分子中超快化學、物理過程的有力工具。
 


泵浦-探測原理

不同時間延遲（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)是重要的超快動力學研究手段,不僅可以探究分子的動力學過程, 還可以對一些表觀層面的現(xiàn)象進行更加深入的理解和闡釋。目前已廣泛應用于生物、物理、化學、材料等方面的研究。例如新型納米材料的光電轉(zhuǎn)化機制、光合作用的研究、DNA光損傷機制、光致變色反應等研究。

實測案例—光生載流子轉(zhuǎn)移和復合過程研究
 
鈣鈦礦MOFs  材料中的有機金屬骨架可提高鈣鈦 礦納 米晶的穩(wěn)定性，應用于更亮和更穩(wěn)定的LED 器件， 瞬態(tài) 吸收光譜可以對其進行光物理過程的探測，從而在實驗室指導材料設計和生長。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。

有機太陽能電池 (OSCs) 電荷復合與三重態(tài)激子相互作用

高性能有機光伏器件采用體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，通過眾多的給體-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，源自光生載流子復合所產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的自旋特性會導致形成低能量三重態(tài)激子（T1 ）并引發(fā)弛豫過程發(fā)生，從 而導致光電流的損失。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)光譜和動力學過程發(fā)現(xiàn)，使用具有較弱激子結(jié)合 強度的給體和受體可以減少三重激子態(tài)的形成，同時又不犧牲激子解離效率。通過對OSCs電荷復合與三重態(tài)激子相互作 用機制，討論了其對材料設計、器件 工程和光物理的潛在影響，從而為未來有機光伏器件充分發(fā)揮其潛力提供了全面的基 礎。

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

有機太陽能電池不同材料組成的瞬態(tài)吸收光譜測試結(jié)果

技術(shù)參數(shù)
 

飛秒光源中心波長

800±10nm

1030±3nm

探測波長范圍

(UV-Vis-NIR)

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

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

泵浦光波長范圍

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

300-480nm; 600-900nm;1200-2500nm

探測時間窗口

4ns/8ns

時間分辨率

1.5 倍激光器脈寬

靈敏度

寬光譜 0.1ΔmOD，單波長 0.01ΔmOD

測試模式

反射、透射、背激發(fā)

樣品腔

液體、粉末、薄膜

軟件

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

 

功能拓展

微區(qū)光譜

寬場瞬態(tài)吸收成像

時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊：最小時間間隔 2ps, 最小壽命范圍 100ps，波長分辨率0.08nm

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

示例數(shù)據(jù)

單晶氧化鋅瞬態(tài)吸收光譜測試結(jié)果

參考文獻

[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).