Advanced

Light polarization in single molecule spectroscopy: From visualization of structural anisotropy and energy transfer to super-resolution imaging with orientational contrast

Thomsson, Daniel LU (2011)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Pi-konjugerade polymerer är ett viktigt slag av material. För det första så har det många eftertraktade fysikaliska egenskaper som förmågan att leda elektrisk ström, omvandla elektriska laddningar till ljus, eller omvänt, omvandla ljus till elektricitet. Dessa material tillämpas redan i stor utsträckning i dag som i exempelvis plattskärms-TV (OLED) och i mobiltelefoner. Möjligheten är också stor att kunna använda dessa material i solceller. Problemet är bara att nå en tillräckligt hög effektivitet för omvandlingen av ljus till elektricitet. Ett annat probem är stabiliteten. Många solceller gjorda av konjugerade polymerer tenderar nämligen att degradera efter en relativt kort tid.

En... (More)
Popular Abstract in Swedish

Pi-konjugerade polymerer är ett viktigt slag av material. För det första så har det många eftertraktade fysikaliska egenskaper som förmågan att leda elektrisk ström, omvandla elektriska laddningar till ljus, eller omvänt, omvandla ljus till elektricitet. Dessa material tillämpas redan i stor utsträckning i dag som i exempelvis plattskärms-TV (OLED) och i mobiltelefoner. Möjligheten är också stor att kunna använda dessa material i solceller. Problemet är bara att nå en tillräckligt hög effektivitet för omvandlingen av ljus till elektricitet. Ett annat probem är stabiliteten. Många solceller gjorda av konjugerade polymerer tenderar nämligen att degradera efter en relativt kort tid.

En annan fördel är dock att det är relativt billigt att producera elektroniska komponenter med dessa material och det finns många olika sätt att göra det på. Ofta är dessa metoder anpassade efter storleken på molekylerna (t.ex beroende på om de är polymer eller inte).

Det finns många frågor och för att finna svar måste forskningen fortgå för att finna nya lösningar eller optimera somliga egenskaper.

Det intressanta är att dessa material kan uppvisa en sådan rik variation av egenskaper.

Till exempel så är konjugerade polymerer väldigt känsliga för störningar från sin omgivning. Den kemiska strukturen är böjlig och kan också vridas till viss del men den kan även brytas. Dessa och andra typer av störningar gör att en polymerkedjas förmåga att växelverka med ljus ändras eller till och med upphör helt. Är det endast en mindre störning kan den ändra färg eller bli ljussvag. Dessa egenskaper komplicerar studiet av polymerer något för hur ska man egentligen definiera en egenskap om den ändras från en gång till en annan?

Mer intressant blir det om olika personer studerar samma material men använder något annorlunda metoder vid tillverkningen av ett prov. Då kan nämligen helt olika resultat nås även om proverna är identiska ur ett kemisk perspektiv.

Det kan nämnas här att om en viss typ av polymer är känslig för sin omgivning så är den även känslig för sig själv. Om en lång polymerkedja placeras slumpmässigt i ett prov riskerar vissa delar av kedjan att komma i kontakt med varandra. Beroende på hur mycket av kedjan som kommer i kontakt med sig själv så kan visa egenskaper ändras därefter. Två kemiskt identiska polymerkedjor kan därför ha olika optiska egenskaper.

Sådana varationer i egenskaper studeras med fördel med mikroskopi-metoder. (Less)
Abstract
Π-conjugated polymers are an important class of materials which can be used in e.g. photoelectric (solar cells) or electroluminescent (displays) devices. These materials are implemented in a number of applications these days since a lot is already known about them. There is, however, still a lot to learn in order to increase the efficiency and reduce the power consumption of devices. There are many different tools which can be used in experiments. Several of these tools are typically used for characterization as they complement each other.

The work presented in this thesis utilizes a wide-field microscopy technique which allows studying matter at the single molecule level. In some aspects this is a great advantage as it allows... (More)
Π-conjugated polymers are an important class of materials which can be used in e.g. photoelectric (solar cells) or electroluminescent (displays) devices. These materials are implemented in a number of applications these days since a lot is already known about them. There is, however, still a lot to learn in order to increase the efficiency and reduce the power consumption of devices. There are many different tools which can be used in experiments. Several of these tools are typically used for characterization as they complement each other.

The work presented in this thesis utilizes a wide-field microscopy technique which allows studying matter at the single molecule level. In some aspects this is a great advantage as it allows characterizing the underlying distributions of properties of materials. Interactions between neighboring molecules can be reduced which gives access to important information which otherwise would be hidden.

By addressing underlying distributions information about which properties to pay the most attention to might be provided. A broad distribution of a property could efficiently prevent optimization of a parameter as it could result in that only an insufficient number of molecules are addressed.

However, spectroscopic properties of conjugated polymers are in many cases closely related to the polymer chain conformation. Polarization spectroscopy is the most used tool in the work presented here. The polarization of light reveal different organizations of materials which is turn is relevant for e.g. energy transfer properties. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Dr. Prof. Hofkens, Johan, Catholic University of Leuven, Dep. of Chemistry, Celestijnenlaan 200F, B-3001 Heverlee, Belgium
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Single-molecule spectroscopy, π-conjugated polymers, blinking, fluorescence brightness, low temperature, polarization anisotropy, 2D polarization, energy transfer, super resolution, Fourier transform
pages
191 pages
publisher
Department of Chemistry, Lund University
defense location
Hörsal B, Kemicentrum, Lund
defense date
2011-03-25 09:15
language
English
LU publication?
yes
id
c6dfc460-1806-4662-906a-a4f5f88090fa (old id 2175117)
date added to LUP
2011-10-20 16:14:53
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@phdthesis{c6dfc460-1806-4662-906a-a4f5f88090fa,
  abstract     = {Π-conjugated polymers are an important class of materials which can be used in e.g. photoelectric (solar cells) or electroluminescent (displays) devices. These materials are implemented in a number of applications these days since a lot is already known about them. There is, however, still a lot to learn in order to increase the efficiency and reduce the power consumption of devices. There are many different tools which can be used in experiments. Several of these tools are typically used for characterization as they complement each other.<br/><br>
The work presented in this thesis utilizes a wide-field microscopy technique which allows studying matter at the single molecule level. In some aspects this is a great advantage as it allows characterizing the underlying distributions of properties of materials. Interactions between neighboring molecules can be reduced which gives access to important information which otherwise would be hidden. <br/><br>
By addressing underlying distributions information about which properties to pay the most attention to might be provided. A broad distribution of a property could efficiently prevent optimization of a parameter as it could result in that only an insufficient number of molecules are addressed.<br/><br>
However, spectroscopic properties of conjugated polymers are in many cases closely related to the polymer chain conformation. Polarization spectroscopy is the most used tool in the work presented here. The polarization of light reveal different organizations of materials which is turn is relevant for e.g. energy transfer properties.},
  author       = {Thomsson, Daniel},
  keyword      = {Single-molecule spectroscopy,π-conjugated polymers,blinking,fluorescence brightness,low temperature,polarization anisotropy,2D polarization,energy transfer,super resolution,Fourier transform},
  language     = {eng},
  pages        = {191},
  publisher    = {Department of Chemistry, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Light polarization in single molecule spectroscopy: From visualization of structural anisotropy and energy transfer to super-resolution imaging with orientational contrast},
  year         = {2011},
}