Динамика триплетно возбужденных молекул органолюминофоров и наночастиц вблизи поверхности твердого тела и в свободном объеме водных и водно-органических растворов

• Автор: Мыслицкая, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ВОДНЫХ

И ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ СРЕД НА МОЛЕКУЛЯРНУЮ ДИТ1АМИКУ И ДИФФУЗИЮ НАНОЧАСТИЦ

1Л Структурирование и молекулярная динамика в водных растворах

1Л Л Молекулярное движение в жидких неупорядоченных средах

1Л .2 Молекулярное движение в жидкости

1 Л.З Структура воды и ее модели

1Л .4 Методы исследования структуры воды

1 Л.5 Экспериментальные методы исследования аномальной

динамики воды

1 Л.6 Численные эксперименты по исследованию аномальной
динамики воды
1.2 Спектральные свойства наноструктурированных
водно-органических смесей
1.2.1 Строение водных растворов спиртов
1.2.2 Исследование строения и динамических свойств водно-спиртовых растворов 39 1.3 Особенности структуры жидкости вблизи поверхности твердого
тела
Литература к разделу
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Метод импульсного фотолиза при изучении триплетных состояний органолюминофоров в жидких растворах
2.2 Метод фотонной корреляционной спектроскопии молекулярного
рассеяния света
2.3 Гидродинамика тонких слоев переносного и диффузионного движения наночастиц в ламинарном потоке вязкой жидкости
2.4 Изучение структуры пористой поверхности методом сканирующей
силовой микроскопии
2.5 Методика приготовления образцов
3. АНОМАЛЬНАЯ ДИФФУЗИОНАЯ ДИНАМИКА НАНОЧАСТИЦ И МОЛЕКУЛ В ВОДЕ ВБЛИЗИ ПОРИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ТВЕРДОГО ТЕЛА
3.1 Особенности диффузионных процессов наночастиц на границе фрактальная поверхность твердого тела — вода в широком интервале температур
3.2 Модель фрактальной траектории диффузии наиочастиц на границе
пористая поверхность твердого тела — вода
3.3 Малоугловое рассеяние света на пористой поверхности анодированного алюминия и адсорбированной пленки воды
с наночастицамн серебра
3.4 Особенности диффузионного движения молекул альбумина
вблизи пористой поверхности и в объеме водного раствора !
Литература к разделу
4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУРИРОВАННЫХ ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРОВ ПРИ ЗОНДИРОВАНИИ ТРИПЛЕТНО-ВОЗБУЖДЕННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ
И НАНОЧАСТИЦАМИ
4Л Влияние структурирования водно-спиртовых растворов на интеркомбинационные переходы 5] ~~> Т и Т—> б'о в молекулах родаминовых и акридиновых красителей
4.2 О механизме безызлучатсльнон дезактивации триплстных состояний молекул красителей при малом содержании спирта в воде Динамика процессов сольватации в водно-спиртовых растворах
4.3 Экстремальные особенности изменения коэффициента диффузии наночастиц в водно-органических растворах
Литература к разделу
5. ГИДРОДИНАМИКА И ДИФФУЗИЯ НАНОЧАСТИЦ ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
5.1 Исследование диффузии наночастиц в пограничном слое ламинарного потока жидкости в гладкой трубе прямоугольного сечения Литература к разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В эпоху бурного развития нанотехнологий, направленного на создание приборов полупроводниковой твердотельной и молекулярной наиоэлектрони-ки и нанофотоники, которые получили широкое распространение как в исследовательских лабораториях, так и в промышленности, возникает вес больше фундаментальных проблем, связанных с влиянием среды с нанометрическим масштабом на скорость обмена оптической информацией. Другим важнейшим направлением использования достижений нанотехнологии материалов является создание оптических химических и биомедицинских сенсоров - распознающих элементов устройств, избирательно реагирующих на химические соединения. Здесь конструкторы молекулярных чипов сталкиваются с проблемами, во-первых, равномерного молекулярного наслоения (литографии) на наношероховатой поверхности подложки молекулярных первичных оптических преобразователей и, во-вторых, с проблемами градуировки сенсоров в реальных условиях измерения при наличии жидкости на поверхности. Вместе с тем известно, что многие проблемные вопросы обмена квантовой оптической информацией в молекулярных системах, находящихся в различных средах, давно и успешно решает молекулярная спектроскопия.
В малых пространственных областях, сравнимых с размерами молекул, кинетика транспорта электронной энергии и массоперснос будут отличаться от кинетики и массо-переноса в однородных средах, в особенности на границе раздела фаз. В этом случае значительный научный и практический интерес представляют, с одной стороны, исследования указанных проблем в каждом отдельном случае, а с другой стороны, выявление общих физических причин различия динамики возбуждений макромолекул и динамики наночастиц в объеме жидкости и в тонких слоях на границе твердое тело - жидкость.
Методы и инструментарий молекулярной спектроскопии на сегодняшний день позволяют исследовать динамику возбуждений и диффузионную молекулярную динамику в средах с различной топологией. Использование оптических методов молекулярной спектроскопии - спектрально-кинетические импульсного фотолиза - и метода упругого молекулярного рассеяния света позволило исследовать динамику процессов дезактивации три-плетных состояний молекул органолюминофоров и диффузионную динамику броуновского движения наночастиц в жидкости на границе с твердым телом и в объеме водных и водно-органических растворов.
Цель работы - установление механизмов нелинейной динамики триплетно возбужденных молекул органолюмннофоров и наночастиц вблизи поверхности твердого тела и в свободном объеме водных и водно-органических растворов в широком интервале температур, а также выявление особенностей диффузии паночастиц в ламинарных пограничных потоках вязкой жидкости.
Задачи исследования:
- экспериментально исследовать методом фотонной корреляционной спектроскопии влияние температуры и пористой поверхности твердого тела на диффузионную динамику наночастиц различной химической природы и размера в свободном объеме воды и вблизи фрактальной поверхности твердого тела;
- смоделировать и вычислить фрактальную размерность траектории диффузионного броуновского движения паночастиц латекса и серебра на границе пористое твердое тело - вода, в тонких пленках воды с наночастицами серебра на поверхности анодированного алюминия и сравнить ее с топологией поверхности твердого тела, измеренной методом атомно-силовой микроскопии;
- определить влияние пористой поверхности твердого тела и концентрации сывороточного альбумина плазмы крови человека на диффузионную динамику в водных растворах;

= ‘КкоМО)л,
(1.1.55)
при этом автокорреляционная функция является второй производной функции /г2) = /(0-
Этот метод менее точен и используется реже. Во всех работах по численному моделированию воды, в которых определяли коэффициент самодиффузин, он оказывался близким к измеренному экспериментально. Это относится, в частности, и к работе [1.57], в которой использован межмолекулярный потенциал [1.59]. Значения Д определенные в компьютерном эксперименте, зависят не только от использованной модели взаимодействия, но и от радиуса начала сглаживания потенциала.
Но в целом можно сказать, что в компьютерном моделировании хорошо воспроизводится зависимость В как от температу ры [1.60], так и от давления [1.61]. В работе [1.61] удалось воспроизвести аномалию воды (немонотонную зависимость В от давления) для переохлажденной воды. Авторы получили такие зависимости и для более высоких температур.
Рис.1.10. Зависимость коэффициента самодиффузин воды от плотности, полученная из данных численного эксперимента при температуре Т= 245 К
Проведенное исследование зависимости подвижности молекул от параметров, характеризующих локальное их окружение [1.60], привело к парадоксу: подвижность молекул с малыми величинами У'/Р (т.е. находящихся в областях с повышенной локальной плотностью) ниже, чем молекул с большими величинами УУР и в среднем по ансамблю. В то же время увеличение плотности всей системы приводит к увеличению подвижности молекул. Этот парадокс подрывает самые основы моделей двух состояний. Молекулы в гипотетических микрофазах, которые можно выделить в воде более и менее плотной, ведут себя как нормальные жидкости: чем выше плотность, тем меньше подвижность молекул. А система в целом ведет себя аномально. Оценить коэффициент самодиффузин в областях с высокой и низкой локальной плотностью, строго говоря, невозможно, так как список молекул, значения УУР которых лежат в определенных пределах, непрерывно изменяется. Авторам удалось определить вид функции (г2) = /(0 только на временах
меньше 0,5 пс, т.е. до выхода на диффузионный режим. При низкой температуре, для переохлажденной воды, определить коэффициенты самодиффузин в плотных и рыхлых областях воды особых затруднений не составляет.