Модификация фотолюминесцентных свойств нанокристаллов кремния в процессе фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода

• Автор: Гонгальский, Максим Брониславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание

Список сокращений

Введение
Глава 1. Электронный спектр и люминесцентные свойства нанокристаллов кремния и молекулярного кислорода (обзор литературы)

1.1. Электронные состояния в нанокристаллах кремния

1.2. Электронные состояния молекулярного кислорода

1.3. Влияние окисления нанокристаллов кремния на их фотолюминесценцию

1.4. Процесс передачи энергии электронного возбуждения от нанокристаллов кремния к молекулам кислорода

1.5. Выводы из литературного обзора

Глава 2. Методика эксперимента

2.1. Получение образцов

2.2. Исследование структурных свойств
2.3. Исследование люминесцентных свойств
2.4. Кремниевые напокристаллы в биологических экспериментах
in vitro
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1. Результаты исследования структурных свойств образцов пористого кремния
3.2. Тушение фотолюминесценции нанокристаллов кремния при взаимодействии с адсорбированными молекулами кислорода

3.3. Генерация синглетного кислорода в ансамблях нанокристаллов кремния
3.4. Временная эволюция люминесценции нанокристаллов кремния и синглетного кислорода в процессе фотовозбуждения .
3.5. Влияние дефектов па поверхности панокристаллов кремния
на люминесценцию образцов
3.6. Феноменологическая модель фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода кремниевыми нанокристаллами с учётом фотоиндуцированного образования дефектов .
3.7. Применение нанокристаллов кремния как люминесцентных меток и фотосеисибилизаторов генерации синглетного кислорода в живых системах in vitro
Заключение
Литература

Список сокращений
ФЛ — фотолюминесценция
ПК — пористый кремний
ФДТ — фотодинамическая терапия
КРЭ — квантовый размерный эффект
ИК-спектроскопия — инфракрасная спектроскопия
ЭПР — электронный парамагнитный резонанс
БЭТ — метод Брунауэра-Эммета-Тейлора
ПЗС — прибор с зарядовой связью
ПЭМ — просвечивающий электронный микроскоп
КРС — комбинационное рассеяние света
МРЭМЕ — мезопорфирин IX
МАБВг — 9,10-дибром-2-метилантрацен
ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота

шая часть суммарной энергии [63]. Окисление может происходить даже при низких температурах. В работе [64] изучалось взрывообразное окисление гидрогенезированного ПК адсорбированным кислородом при температуре 4К. Взрыв инициировался лазерным импульсом длительностью 300 пс и энергией фотона 3.67 эВ. Поглощение лазерного излучения приводило к десорбции атомов водорода с поверхности ПК. Тем самым освобождалось место для мономолекулярной диссоциативной адсорбции С>2, которая приводит к возникновению электрического слоя и запускает окисление по механизму Мотта-Кабрера. Поскольку средний размер нанокристаллов в образце составляет ~ 5 нм, экзотермическая реакция распространяется на весь образец, в результате чего происходит взрыв. За 1 мкс в результате реакции выделяется 12 кДж/г, что в 3 раза превышает энергетическую ёмкость тротила.
Рост оксидной оболочки уменьшает размер кремниевого нанокристалла, превращая его в, так называемую, структуру «ядро-оболочка» (англ. core-shell structure). Ввиду КРЭ, изменение диаметра кремниевого ядра приводит к сдвигу положения максимума спектров ФЛ в сторону больших длин волн [65, 66].
Интенсивность ФЛ связана с концентрацией центров безызлучатель-ной рекомбинации, которые пассивируются в процессе термического окисления. Поэтому зависимость интенсивности ФЛ от времени отжига имеет немонотонный характер: сначала она растёт за счёт пассивации дефектов, а затем падает из-за полного окисления некоторых нанокристаллов [67]. Рис. 1.11 демонстрирует, что если окисление значительно, то помимо экси-тонной полосы ФЛ в спектре может появиться высокоэнергетичный пик, связанный с дефектной люминесценцией в SiO2 [67]. Отличительной чертой этого типа люминесценции являются быстрые времена её релаксации (т « 4 не) [68].