Влияние обменных взаимодействий на параметры люминесценции твердых растворов органических соединений

• Автор: Сураева, Елена Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Обменно-резонансный перенос энергии электронного возбуждения в твердых растворах
1.1 Триплет-триплетный перенос энергии электронного возбуждения
в конденсированных средах и сенсибилизированная фосфоресценция
1.2 Триплет-триплетная аннигиляция и замедленная флуоресценция .
1.3 Критический анализ некоторых положений современных теорий переноса энергии электронного возбуждения по обменнорезонансному механизму
1.4 Определение параметров переноса энергии по обменнорезонансному механизму с использованием закономерностей тушения фосфоресценции донора
1.5 Основные выводы к первой главе
2 Экспериментальная техника, методы и объекты исследования
2.1 Экспериментальная техника и методы исследования
2.2 Растворители и соединения
2.2.1 Растворители
2.2.2 Доноры энергии электронного возбуждения
2.2.3 Акцепторы энергии электронного возбуждения
2.2.4 Молекулы аннигилирующих пар
3 Исследование кинетики затухания фосфоресценции компонент донорно-акцепторных пар в твердых матрицах
3.1 Математическая модель кинетики возбужденных состояний
донорно-акцепторных молекулярных пар

3.2 Решение математической модели распада триплетно-возбужденных донорно-акцепторных пар
3.3 Анализ решения для кинетики затухания фосфоресценции донора
3.4 Анализ решения для кинетики затухания СФ
3.5 Результаты экспериментального исследования СФ 1,3,5-трифенилбензола в стеклообразном толуоле при 77 К (*?»*$)
3.6 Результаты экспериментального исследования фосфоресценции компонент донорно-акцепторной пары карбазол-3,6-дибромхинолин в толуоле при 77 К (к® <С к^)
3.7 Основные выводы к третьей главе
4 Влияние состава матрицы и компонент донорно-акцепторных
пар на спад обменных взаимодействий
4.1 Теоретический расчет параметра а, характеризующего спад обменных взаимодействий
4.2 Определение параметра а из кинетики затухания фосфоресценции донора в присутствии молекул акцептора в матрицах при 77 К
4.3 Влияние состава н.-парафиновых матриц и ароматических молекул аннигилирующих пар на спад обменных взаимодействий
4.4 Кинетика накопления триплетно-возбужденных донорно-акцепторных пар и разгорание СФ
4.5 Основные выводы к четвертой главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность проблемы. Проблема преобразования энергии электронного возбуждения с участием межмолекулярных обменных взаимодействий является весьма универсальной для физики конденсированного состояния [1,2]. Роль обменных взаимодействий в преобразовании энергии электронного возбуждения существенно возрастает, когда концентрация взаимодействующих частиц и время их жизни в возбужденном состоянии достаточно велики. Посредством обменных взаимодействий в конденсированных средах осуществляются промежуточные процессы, происходящие с участием запрещенных переходов между актом возбуждения электронов и теми конечными процессами, в которых энергия возбужденных электронов используется. К таким процессам относятся триплет-триплетный (Т-Т) перенос энергии электронного возбуждения [1] и триплст-триплетная аннигиляция (ТТА) [3]. Наглядным проявлением Т-Т переноса энергии электронного возбуждения в случае, когда данный процесс осуществляется между разнородными молекулами, являются тушение фосфоресценции молекул донора и сенсибилизированная фосфоресценция (СФ) молекул акцептора. Исследования этих процессов позволили установить основные закономерности переноса энергии по обменно-резонансному механизму [1], которые выполняются и для ТТА. Перенос энергии между одинаковыми молекулами, который принято называть миграцией возбуждений, играет важную роль для процессов, протекающих в молекулярных ансамблях [2]. Закономерности миграции тринлетных возбуждений и ТТА в однородных конденсированных средах удовлетворительно объясняются в рамках теории случайных блужданий и достаточно хорошо изучены теоретически и экспериментально [2,4-6]. Менее изученной является проблема транспорта триплетных возбуждений в системах с ограниченной геометрией, которым в настоящее время исследователи уделяют большое внимание в связи с их перспективностью для практики [7].
Т-Т перенос энергии и ТТА могут также протекать и в отдельных молекулярных парах, которые образуются в стеклообразных матрицах при низких концентрациях примесных молекул [2] или в кристаллических растворах [8]. Эффективность конечных фотофизических процессов в молекулярных ансамблях существенно зависит от скорости миграции триплетных возбуждений. По-

наш взгляд, характер влияния концентрации молекул акцептора на параметры фосфоресценции донора (г/ и т) может существено отличаться для случаев, когда Т-Т-перенос энергии электронного возбуждения осуществляется в отдельных молекулярных парах (бимолекулярных системах) и когда процесс передачи возбуждений протекает в молекулярных ансамблях. В последнем случае может реализовываться три варианта. Первый — миграция триплетных возбуждений по триплетным уровням молекул донора отсутствует (концентрация донора мала), а по молекулам акцептора существует (концентрация акцептора велика). Второй — возбуждения мигрируют по триплетным уровням донора (концентрация донора велика), по молекулам акцептора миграция возбуждений отсутствует (концентрация акцептора мала). Третий — миграция возбуждений имеет место и для донора и для акцептора. Поскольку миграция возбуждений по триплетным уровням как донора, так и акцептора энергии может существенно влиять на квантовый выход г] фосфоресценции, а миграция возбуждений по триплетным уровням молекул донора и на время затухания его фосфоресценции, то более корректно определять параметры переноса энергии по обменно-резонансному механизму (Ь и Я0) по тушению фосфоресценции донора в изолированных донорно-акцепторных парах.
При определении критического расстояния переноса энергии Л0 из выражения (1.30) считается, что молекулы имеют сферическую форму [29]. Однако такая модель, на наш взгляд, неприемлема для бимолекулярных систем, образованных из плоских молекул, таких как бензофенон, нафталин и другие, которые наиболее часто используются на практике при исследовании закономерностей переноса энергии по обменно-резонансному механизму. Кроме того, перенос энергии электронного возбуждения для ароматических молекул, которые часто используются в качестве объектов исследования, наиболее эффективен для конфигурации бимолекулярной системы типа «сэндвич» [70,71]. В этом случае среднее расстояние между компонентами бимолекулярной системы ближе к величине
Я = С~3. (1.31)
Как и в выражении (1.30), здесь С — число частиц в единице объема. Среднее расстояние, определенное из формулы (1.30) в 1,6 раза отличается от среднего