Transfer de energie în Nanocompozite luminofor ecologice

V. Verlan1, A.M. Andriesh1, I. Culeac1, A. Popushoi2, G. Dragalin2, N. Barbă2, S. Buzurniuc1, L. Malahov31Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de Ştiinţe a Moldovei, str. Academiei 5, MD-2028 Chişinău., Republica Moldova.2State Universitatea din Republica Moldova, 60, str. Mateevici, MD-2009 Chisinau, Republica Moldova.3Institute de Matematică al AŞM, str. Academiei 5, MD-2028 Chişinău, Republica Moldova..Autorul corespondent: vverlan@mail.md

Rezumat - noi emiţătoare de lumină straturi ale nanocompozitelor pe baza de polimeri au fost obţinute. Ca matrici polimerice poli-N-vinylpirrolidone a fost folosit. Ca matertials organice luminofor nou compus din clasele izotiocianatopropenone 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-unu (ANA-CH) au fost utilizate. Straturi transparente compozite au fost depuse de către spin-strat metoda pe sticla si substraturi de cuarţ. Proprietăţile morfologice, optice şi fotoluminescenţă ale nanocompozitelor obţinute au fost investigate. Un semnal de fotoluminescenţă intensiv a fost identificat în zona verde a spectrului de frecvenţe. Sa propus modelul de transfer de energie în NC de la matricea polimerica la centrele de luminiscenta ANA-CH. Nanocompozite sunt propuse pentru diverse aplicaţii practice.Cuvinte cheie: nanocompozite, materiale organice, luminophor luminiscenta

 1. INTRODUCERE

Nanocompozite (NC), pe bază de polimeri şi compuşi organici luminofor (OLC) sunt materiale excelente pentru o noua generatie de dispozitive emiţătoare de lumină, cu randament ridicat, din cauza iluminare puternica, de culoare uşor acordabile, insensibilitate temperatura, stabilitate şi de mare. Există perspective reale pentru aplicaţiile lor în diferite aparate optice, de exemplu, pentru prepararea de coloranţi şi diferite dispozitive fluorescente (special pentru fabricarea de ecrane luminescente şi fibre), a dispozitivelor de amplificare de lumină, convertoare de lumina UV în vizibil, etcLucrarea prezintă rezultate noi pe nanocompozite o peliculă subţire de compuşi organici luminofor polimeri preparate prin metoda sol-gel. Poli-N-vinylpirrolidone a fost folosit ca matrice polimerică. Ca un compus organic luminofor am aplicat nou compus din grup luminofor isothiocianatohalconic.

2. METODOLOGIA

Luminofor componente ale nanocompozitelor au fost obţinute de la Departamentul de Chimie Organica de la Universitatea de Stat din Republica Moldova. Sistem de structuri tehnologice şi chimice ale compus organic luminofor ANA-CH sunt prezentate în (fig. 1).

Metoda de obţinere de 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-o (ANA-CH), constau în eliminarea din dimetilamine de la 3 - (4 - (3 - (antracen-9-il) acriloil) fenil)-1.1-dimetiltiourea (1), la fierbere în cloroform şi de acţiune cu agenţi de acid cu clorură de acetil (I) şi de anhidridă acetică (II), în conformitate cu următorul calendar:

 

Fig. 1. Sistem de structuri tehnologice şi chimice ale compus organic luminofor ANA-CH.

Ca rezultat a fost obţinut 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-o (2), cu randamente de 94% (II) şi 80% (I). Structura de 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-o (2) a fost confirmat de o analiză spectrală (13C-RMN). Structura de compus ANA-CH a fost confirmat, de asemenea, prin analiză elementală, spectre IR şi reacţii la grupe funcţionale.13C-RMN (DMSO-d6), ppm: 179.70 (C = O), 139.75 (CN), 149.38 (-CH = CH), 121.49 (-CH = CH-), 137.34 (-C6H4-N = C = S ), 125.83, 122.92.Nanocompozitelor pe baza de PVP poli-N-vinylpirrolidone / ANA-CH au fost pregătite din soluţii chimice. Metoda de preparare detaliată NC a fost descris în [1]. Elementele componente ale CN au fost dizolvate în dimetilformamidă, şi apoi suspensie coloidală de soluţie a fost amestecat şi agitat în timpul de 3 ore. Straturi subţiri pe substraturi de sticlă sau cuarţ au fost depuse de către spin-metoda de acoperire şi apoi uscate. Cele mai complexe organice cu succes luminofor a fost încorporată cu diferite rapoarte molare (0,5% - 20%), în polimer organic matrice de PVP. Pentru toate nanocompozite de mostre de culori a fost de galben-portocaliu. Straturile uscate se dovedesc a fi transparente. O serie de filme subtiri cu grosimea de la 0,2 microni la 2.0 microni şi concentraţiile de compuşi organici în luminofor NC de la 0,2% la 20%, au fost pregătite. Proprietăţile morfologice ale compozitelor obţinute au fost investigate cu ajutorul microscopului MII-4.Pentru măsurători optice spectrele de transmisie, SPECORD UV / VIS (0.4-0.8 m), de Carl Zeiss Jena şi Perkin Elmer Spectrum 100 FT-IR echipamente de spectrometre au fost utilizate. Spectrele de fotoluminescenţă au fost masurate cu ajutorul unui set de Monocromatoare-up bazat pe MDR-23-24 şi DFS conectate la PC. De excitaţie a fluorescenţei a fost efectuat de laser de azot (l = 337 nm), cu intensitate de radiaţii în gama 0.1 - 103 W/cm2 sau deuteriu lampă în domeniul spectral de 250 - 800 nm.

3. REZULTATE EXPERIMENTALE

Investigaţiile microscopice ale morfologiei suprafeţei NC pe un MII-4 arată că microscop dimensiunile de luminofor particule compuşi organici încorporate în matricea polimerica sunt invizibile şi, prin urmare, sunt mai puţin de 100 nm. Şi pentru că culorile straturilor NC sunt stabile şi nu depind de tehnologie sau metoda de încorporare în matricea de polimer rezultă că dimensiunile particulelor sunt mai mari decât 6 la 10 nm la culoarea lor sunt de obicei sensibile la dimensiuni de particule . Investigaţiile microscopice, de asemenea, arată că ANA-CH complexe sunt dispersate

în mod omogen, fără nici o separare fază PVP. Filme subtiri de NC PVP / ANA-CH au o iluminare verde intensiv de excitaţie în lumina ultravioleta.De transmisie (T (λ)) spectre în infraroşu (IR), domeniul de spectre au fost măsurate pe pulberi de OLC şi PVP NC / ANA-CH. Maximele absorbţia au fost obţinute de la: cm-1, 644, 812, 1300-1305, 1339-1342, 1522-1534, 1598-1602, 3027, 3374-3285, 3041, care, după cum presupunem corespund luminofor compus organic 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-o (2). Cele maxime obţinute de absorbtie poate fi cel mai probabil atribuit a unităţilor structurale ale compuşilor organici din luminofor nanocompozit: NH, NR, CS, NS, N-CH2 şi care cresc odată cu creşterea concentraţiei de compuşi luminofor din NC.Spectrele de transmisie T (λ) din straturi subţiri de nanocompozit PVP / ANA-CH, atât substratul de sticla si strat de PVP pe substrat de cuarţ, în regiunea ultravioletă a spectrului de frecvenţe şi vizibil la concentraţii diferite de OCC din NC sunt prezentate în Fig. 4. Pragurile ascuţite de absorbţie sunt prezentate pentru toate concentraţiile de compuşi de coordonare din NC, în intervalul de 200 - 500 nm a spectrului de frecvenţe. Poziţia energetică a maximelor de absorbţie a NC rămâne constantă cu creşterea concentraţiilor de compuşi organici, dar absorbţia creşte, fără a ajunge la saturaţie. Coeficientul de absorbţie a spectrelor α (λ) se calculează de la spectrele de transmisie T (λ), prin relaţia α (λ) =-LNT / d (unde d este grosimea de NC, α - coeficient de absorbţie). Cele mai multe straturi de polimer PVP, fără aditivi luminofor a fost transparente în vizibil şi în apropierea ultra-violete zone ale spectrului de frecvenţe. În nanocompozit subţire de filme pe benzi de numărul de absorbţie pozitionate la 2,5, 3,0, 3,9, 4,8, 5,5 eV au fost găsite. Trupa cea mai intensă de absorbţie poate fi vazut la 2,5 eV. Spectrul de absorbtie al CN PVP / ANA-CH, la concentraţii diferite de OLC din NC pe substrat de sticlă este prezentat în Fig. 5.Spectrele de fotoluminescenţă pentru diferite concentraţii de OLC ANA-CH NC sunt prezentate în Fig.4. Reţineţi că, odată cu creşterea concentraţiei de OLC în NC intensitatea de vârf fotoluminescenţă se abate de la 2,38 eV la 0,5% la 2.22 eV la 15%. Incepand cu concentraţie de 10% din intensitatea maximă scade brusc. Această atenuare, probabil, este cauzată de scăderea suprafeţei specifice a particulelor incorporate in polimer matrice şi cu creşterea tranziţiile neradiative a transferului de energie de polimer de la OLC.Deplasările Stokes de iluminare sunt 0.12 la 0.28 eV. Valoarea de schimburi Stokes poate fi explicată prin prezenţa unui grup de hidroxil. Modelul pentru explicaţii, de deplasare Stokes se propune, care ia în considerare condiţiile ieşit şi transferurile de protoni din molecule care conţin fragmente de antracene şi oxigen. Conform acestui model de protoni este transferată de la site-ul de oxigen pentru site-ul antracene. Apoi, molecula de-excita la starea fundamentală, care emite un foton. În timpul acestui proces de protoni este transferat înapoi la site-ul de oxigen.Fig. 5 arată cinetica fotoluminescenţă ale nanocompozitelor PVP / ANA-CH, la temperaturi de 298 Nota K. două pârtii în parcelă LNI experimental (t) pentru mecanismul de relaxare descrise de relaţia de tip I = I01exp (t/t01) + I02exp (T / t02), cu de două ori de relaxare caracteristice 0,3 şi 10 μs, la temperatura de 298 K. analiză detaliată a datelor experimentale arată că magnitudinea de timp caracteristică T01 (0,5 ľs) este mai mică decât eroarea de măsurare, şi, prin urmare, putem presupune că această caracteristică Valoarea timp este mai mică decât 10-8 s.. Timp de relaxare

două t02 (2,5 ľs), care pot fi uşor de observat în caracteristicile de relaxare presupunem poate fi atribuită la mecanismul de fosforescenţă.Dependenta de temperatura de maxim de intensitate fotoluminescenţă la 556 nm este liniară. Din panta acestei linii a fost de 12,7 eV găsit energia de activare, care este atribuita procesului de excitaţie fotoluminescenţă cu lumina ultravioleta.Modelul de photoexitation şi de transfer de protoni în molecule care conţin fragmente de protoni a fost folosit pentru a descrie schimbarea fotocromic în spectrele de emisie a nanocompozitelor polimer. Conform acestui model, protoni rămâne în principal pe site-ul antracen. La excitaţie UV, în primul stat singlet excitat, "phenil" este un acid considerabil mai puternică şi "oxigen-ul" este o bază puternică. Astfel, protonul este transferată de la site-ul antracen la site-ul de oxigen, şi izomer format (S *) este mult mai stabil decât izomerul înainte de transferul de protoni (S). S * poate fi considerată ca o formă vibrational excitata de S. Înainte moleculei de-excită la starea fundamentală, care emite un foton. În starea fundamentală "enil" site-ul este din nou formularul de mai stabil şi mai de protoni va transfera apoi înapoi la oxigen. S este, de asemenea, o stare excitată de vibrational * S.Caracterul Gaussian de distribuţie a intensităţii fotoluminescenţei în NC rămâne aceeaşi cu creşterea conţinutului de compuşi organici în NC de până la 20%. Ar trebui menţionat faptul că în comparaţie a PL luminofori NC şi straturi de compuşi organici de la aceleaşi condiţii de excitaţie arată că semnalul de fotoluminescenţă în nanocompozite este de câteva ori mai mare decât în compuşi organici.

 

Fig. 2a, b. Spectrele de absorbţie ale NC PVP / ANA-CH, la concentraţii diferite ale OLC din NC.

 

Fig. 3. Spectrele de fotoluminescenţă NC PVP / ANA-CH la OLC diferite în NC.

 

Fig.4. Dependenţă cinetică maximă intensitate pentru NC PVP / ANA-CH.

 

Fig.5. Dependenţă Temperatura maximă intensitate pentru NC PVP / ANA-CH.

4. Concluzii

Noi nanocompozite luminofor au fost elaborate pe baza de polimer plyvinil-N-pirolidonă şi noi organice luminofor 3 - (antracen-9-il) -1 - (4-izotiocianatofenil)-prop-2-en-1-o. Parametrii de bază care descriu iluminare sunt determinate: gama spectrală a fotoluminescenţei şi energie maxima a radiat centre.

Modelul de transfer de proton-excitat de stat în molecule care conţin fragmente de a fost utilizat pentru descrierea de schimbare fotocromic în spectrele de emisie de soluţii de polimeri şi filme.Cele compozite studiate sunt promiţătoare materiale pentru pregătirea de coloranţi şi diferite dispozitive fluorescente. Aceste investigaţii sunt interesaţi în special pentru fabricarea de ecrane luminescente şi fibre. Este de aşteptat ca la o concentraţie optimă a compus organic în luminofor fibra de nanocompozite (1 - 5% de masă), NC care va rezulta va avea proprietati intense fluorescenţă. A primit NC pot fi folosite, de asemenea, în diverse domenii de inginerie şi optoelectronice: ca indicatori de radiatii UV si rigid, pentru conversia de energiile UV de spectrul vizibil, precum şi amplificatoarele şi modulatori ai luminii, etc

MULŢUMIRI

Această lucrare a fost susţinută de către Consiliul Suprem pentru Ştiinţă şi Dezvoltare Tehnologică al Academiei de Ştiinţe a Moldovei (proiecte nr 11.817.05.03A şi. Nr. 11.836.05.04A).

REFERINŢE

[1]. V.I. Verlan, M.S. Iovu, AM Andrieş, SA Buzurniuc, I. Culeac, Iu. H. Nistor, N. Barbă, G. Dragalina, A. Popuşoi, Sf. Robu. Tehnologia şi proprietăţile optice ale SBMA / organic luminophor compuşi nanocompozitelor. III-a Conferinţa internaţională "telecomunicaţii, electronică şi informatică", ICTEI 2010, Кишинев, 20-23 мая, 2010, Технический Университет Молдовы, proc., V.1, p.291-301.