ВВЕДЕНИЕ 8
1 Оптические композиционные материалы на основе
полиметилметакрилата 12
1.1 Общая характеристика оптических материалов 12
1.2 Синтез и свойства коллоидных растворов 14
1.3 Способы синтеза сульфидов металлов 20
1.4 Квантовые точки 20
1.5 Спектрально люминесцентные свойства полимерных
материалов, содержащих квантовые точки CdS, соединения лантаноидов и их композиции 22
1.6 Применение полимерных оптических композиций 25
2 Общая характеристика объектов исследования. Методы и
методики эксперимента 26
2.1 Приборы, посуда, реактивы 26
2.2 Исходные вещества. Объекты исследования 27
2.3 Синтез и идентификация трифторацетатов металлов 28
2.4 Перекристаллизация тиоацетамида 32
2.5 Методики синтеза коллоидных растворов и полимерных
композиций 33
2.6 Общая характеристика методов исследования 34
2.6.1 Электронная абсорбционная спектроскопия в УФ и видимой
области спектра (УФ-ВИД спектроскопия) 34
2.6.2 Инфракрасная спектроскопия 35
2.6.3 Общие представления о люминесценции. Спектры
люминесценции и возбуждения люминесценции 37...
Квантовые точки, образованные неорганическими полупроводниками, представляют большой интерес как объекты, оптические свойства которых целиком зависят от вида, размера и дефектности формирующихся кристаллов полупроводника. Повышение квантовой эффективности излучения и стабильности КТ, позволяет использовать такие материалы в электролюминесцентных устройствах в сочетании с органическими материалами. Кроме уникальных оптических характеристик, КТ полупроводников проявляют фотокаталитическую активность [1].
Один из способов синтеза квантовых точек - коллоидный синтез. В этом случае, квантовыми точками являются коллоидные частицы, равномерно распределенные в растворах (коллоидные квантовые точки, ККТ). Размер коллоидных частиц не превышает нескольких десятков нанометров. Несмотря на малые размеры частиц, ККТ обладают большой энергией поверхности, что и обуславливает их необычные свойства. Оптические спектры ККТ зависят от размера частицы и природы активатора. Их основное преимущество -обладают высокой фотостойкостью, возможно регулировать длину волны люминесценциии [2].
На величину проявляемых свойств оказывает влияние материал стабилизирующей матрицы. По этой причине в настоящее время ведутся активные поиски различных сочетаний наночастица-стабилизирующая матрица, а также способа стабилизации, который давал бы максимальный эффект от присутствия наночастиц. На данный момент одним из новых и актуальных направлений решения такого рода задачи является стабилизация наночастиц в различных полимерных матрицах. По этой причине возрастает интерес к использованию органических нанокомпозитных материалов для построения различных устройств в наноэлектронике. Полимерные материалы или высокомолекулярные соединения являются важнейшим классом современных материалов, широко используемых в различных образцах техники, а также в быту [3].
Цель работы. Синтез квантовых точек сульфида кадмия, легированного ионами лантаноидов (III) в среде оптически прозрачной матрицы на основе (поли)метилметакрилата и установление зависимостей спектрально-люминесцентных свойств от состава, условий синтеза, длины волны возбуждающего излучения.
Для достижения поставленной цели необходимо.
1. Изучить современное состояние проблемы исследования и
подготовить обзор литературы по теме квалификационной работы.
2. Выбрать условия и подготовить устойчивые для проведения полимеризации метилметакрилата коллоидные растворы квантовых точек сульфида кадмия, легированного ионами европия (III) и тербия (III).
3. Синтезировать образцы композиций состава ПММА/С48:Еи3+,
ПММА/С48:ТЬ3+, ПММА/С48:Еи3+,ТЬ3+ с различным мольным
соотношением металлсодержащих модификаторов при различном времени синтеза.
4. Исследовать спектрально-люминесцентные свойства композиций в зависимости от состава, условий синтеза, длины волны возбуждающего излучения...
В результате проделанной работы синтезированы и идентифицированы исходные вещества, установлены условия образования коллоидных растворов, содержащие сульфид кадмия, трифторацетат европия в среде малополярных этилацетата и метилметакрилата, устойчивости, которых достаточно для их перевода в стеклообразную матрицу полимеризацией метилметакрилата, являющегося дисперсионной средой коллоидных растворов.
Определены условия отверждения составов, приготовленных на основе метилметакрилата, до стеклообразного состояния радикальной полимеризацией мономера в блоке. Сиснтезированы композиции ПММА/Сй8:Еи3+; ПММА/С68:ТЬ3+; ПММА/Сй8:Еи3+,ТЬ3+ и исследованы их спектрально-люминесцентные свойства. Полученные при проведении исследований результаты позволили сформулировать следующие выводы.
1. Установлены условия и синтезированы коллоидные растворы сульфида кадмия, содержащие комплексные соединения европия (III) и/или тербия (III) в среде метилметакрилата. Устойчивость растворов достаточна для их перевода в стеклообразное состояние полимеризацией метилметакрилата в блоке.
2. Выбраны условия и синтезированы полимерные металлсодержащие
композиции состава ПММА/Сй8:Еи3+; ПММА/С68:ТЬ3+;
ПММА/Са8:Еи3+,ТЬ3+.
3. Установлено, что люминесценция композиций связана с присутствием в их составе сульфида кадмия, ионов европия (III) и тербия (III). Взаимное влияние люминесцирующих компонентов проявляется смещением полос в спектре люминесценции и в изменении их относительных интенсивностей.
4. Установлено, что при увеличении времени температурного воздействия на композиции в процессе полимеризации наблюдается гипсохромное смещение полосы люминесценции CdS, что обусловлено разрушением комплексов на поверхности частиц и связано с формированием поверхности КТ. К противоположному эффекту (батохромный сдвиг) приводит введение в состав композиции трифторацетатов лантаноидов, которое сопровождается взаимодействием ионов лантаноидов с компонентами поверхности КТ и приводит к увеличению ее неоднородности.
5. Возбуждение люминесценции композиций происходит в полосы поглощения CdS, ионов европия (III) и тербия (III), а также в полосы поглощения органических лигандов, обусловливающих сенсибилизационный механизм увеличение интенсивности люминесценции ионов лантаноидов (III). При возбуждении люминесценции в соответствующие полосы поглощения люминесцирующих компонентов можно изменять цвет свечения композиции.
