Спектроскопия комбинационного рассеяния света нанополиацетилена и донорно-акцепторных комплексов с переносом заряда на основе полипарафениленвинилена

• Автор: Елизаров, Сергей Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Цель работы
ф Задачи работы
Защищаемые положения
Научная новизна
Структура и объем работы
Апробация работы
ГЛАВА 1. СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА * ПОЛИАЦЕТИЛЕНОВ И ПОЛИПАРАФЕНИЛЕНВИНИЛЕНОВ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Основные модели КРС и поглощения света полиацетиленами
1.2. Спектроскопия КРС полипарафениленвиниленов
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И АППАРАТУРА СПЕКТРОСКОПИИ СВЕТОРАССЕЯНИЯ И КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА
ф 2.1. Спектрометр комбинационного рассеяния света
2.2. Калибровочные и тестовые эксперименты
2.3. Измерение поглощения и рассеяния света в тонких пленках
2.4. Основные результаты
ГЛАВА 3. СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА НАНОПОЛИАЦЕТИЛЕНА
|| 3.1. Нано полиацетилен
3.2. Экспериментальное исследование КРС в НПА
3.3. Модель распределения по длинам сопряжения в ПА
3.4. Поглощение света и КРС на цепи ПА
3.5. Модель неоднородного уширения в поглощении и КРС ПА
3.6. Сопоставление модели и эксперимента
3.7. Обсуждение результатов моделирования и эксперимента
3.8. Основные результаты
ф ГЛАВА 4. СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ,
СВЕТОРАССЕЯНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ
КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИПАРАФЕНИЛЕНВИНИЛЕНА
4.1. Донорно-акцепторные композиции на основе МЕН-РРУ
ф 4.2. Поглощение света в смеси МЕН-РРУ/ЮТ
4.3. Светорассеяние в пленках смеси МЕН-РРУ/ЮТ
4.4. КРС в смесях МЕН-РРУ/ЮТ
4.5. Обсуждение
4.6. Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Разработка и исследование я-сопряженных (проводящих или полупроводниковых) полимеров является перспективной и бурно развивающейся областью науки на стыке физики конденсированных сред и химии высокомолекулярных соединений. К настоящему моменту разработаны светоизлучающие диоды с органической излучающей средой [1]. Широко обсуждаются возможности создания лазеров на тонких пленках полимеров [2]. я-сопряженные полимеры играют заметную роль в современной органической микроэлектронике [3,4]. Работы в данной области удостоены Нобелевской премии 2000 г., присужденной Хигеру, МакДиармиду и Ширакаве за «открытие и разработку проводящих полимеров» [5].
Структура сопряженных полимеров
Сопряженные полимеры (СП) - один из наиболее активно исследуемых классов органических материалов с выраженными электронными свойствами. Скелет молекулы СП образован группой атомов углерода, соединенных сильными а-связями и относительно слабыми 71-связями (см. Рис. 1) [6]. Орбитали р-электронов соседних атомов углерода существенно перекрываются, в результате я-электронное облако оказывается делокализованным на многие периоды цепи. Эти особенности делают возможной высокую
Рис. 1. Конфигурация электронных облаков фрагмента цепи сопряженного полимера.
электрическую проводимость полимера, существование коллективных возбужденных состояний цепи, быструю передачу возбуждения по полимерной цепи, например, после поглощения кванта света.
Люминесцирующие и нелюминесцирующие сопряженные полимеры
СП можно разделить на два класса по способу релаксации низшего дипольно-активного электронного возбуждения: люминесцирующие СП (ЛСП), в которых
доминирующий канал релаксации - испускание кванта света, и нелюминесцирующие СП (НЛСП), в которых высока вероятность безызлучательной релаксации. ЛСП являются перспективными материалами для создания органических светоизлучающих диодов [7], НЛСП обещают широкие возможности в качестве нелинейно-оптических материалов, оптической памяти, базовых элементов “органического” компьютера [8] и т.д.
Хотя химическая структура представителей первого и второго классов СП схожа, их физические свойства существенно различаются. В классе НЛСП синтезированы образцы с удельной массовой проводимостью на уровне металлов [9], обнаружена рекордно высокая (10'7 СГС) и быстрая (100 фс) нелинейность третьего порядка в области прозрачности [10]. В спектрах комбинационного рассеяния света (КРС) НЛСП обнаружена сильная зависимость положения пиков колебательных мод от энергии возбуждения, не наблюдаемая в ЛСП [11]. В классе ЛСП, в свою очередь, оказалась возможной подстройка спектра люминесценции от красной до синей области спектра [12,13]. Смеси ЛСП с фуллеренами оказались очень эффективными органическими материалами для преобразования солнечной энергии [14]. Подчеркнем, что спектроскопия КРС показала себя как исключительно информативный метод исследования обоих классов СП [11].
Эффективная длина сопряжения
Одним из наиболее важных понятий, привлекаемых для описания свойств сопряженных молекул (положение края оптического поглощения, оптическая нелинейность, проводимость и др.), является длина сопряжения. Этот термин введен в химии и означает длину я-сопряженной цепи молекулы, выраженную в количестве сопряженных углерод-углеродных связей. Цепь считается я-сопряженной если р-орбитали каждого атома углерода перекрываются с р-орбиталями двух соседних атомов углерода (см. Рис. 1). Для короток линейных сопряженных молекул понятие длины сопряжения весьма наглядно и как правило совпадает с длиной молекулы. Изображенные на Рис. 2 транс-сфероиден и транс-р-каротин имеют 10 и 11 сопряженных двойньк связей, соответственно [15].
Синхронный усилитель
Лазер
С рл г3 12 і 1
ООО О
1 р -1 1 П ,прп
! I II и
Прерыватель Образец
Рис 24. Схема экспериментальной установки для совместного измерения поглощения и рассеяния света в полимерных пленках.
Для данной экспериментальной установки согласно формуле (2.11) параметр 5=0.9±0.05. Используя показатели преломления и*=1.5 и и/=1.8±0,2 для подложки и пленки, соответственно, по формулам (2.8) и (2.9) рассчитано пропускание образца, которое составило Т=0.87. При расчетах мы пренебрегли всеми интерференционными эффектами в образце т.к. в спектроскопии поглощения (см. 4.2.1. ) их обнаружено не было. При расчете Т не было учтено изменение я смеси при изменении молярной концентрации акцептора в смеси.
Для каждого образца измерения проводились дважды в каждой из четырех различных точек на пленке, далее результаты усреднялись. Для контроля возможной деградации полимерных пленок, измерялось их оптическое пропускание в ходе эксперимента. В пределах точности эксперимента изменения пропускания пленок ДАК обнаружено не было, что указывает на отсутствие фотодеградации исследуемых пленок в ходе эксперимента.
2.4. Основные результаты
На базе оптомеханической части двойного монохроматора ДФС-52 разработан спектрометр для спектроскопии комбинационного рассеяния света сопряженных полимеров в диапазоне длин волн 400-900 нм с разрешением лучше 1 см'1, включающий следующие оригинальные блоки и программное обеспечение:
- Блок управления дифракционными решетками на базе микроконтроллера и шагового двигателя. Ошибка позиционирования решеток не более 0.1 см'1, скорость поворота решеток до 3000 см'Умин. Интерфейс связи с компьютером