Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы наблюдается повышенный интерес к вопросам трансформации энергии электронного возбуждения в твердых неоднородных средах. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что характер протекания многих фотореакций в таких системах значительно отличается от динамики электронных возбуждений в однородных средах. Это открывает перспективы получения как новых данных фундаментального характера, так и возможность использования неоднородных структур при решении прикладных задач.
Одним из наиболее информативных методов исследования конденсированных сред является люминесцентный. Изучая закономерности спектров и кинетики люминесценции можно получить информацию об особенностях структуры среды, распределения центров свечения в матрице, характере взаимодействия возбужденных частиц примеси между собой и основой.
Доминирующую роль во многих фотофизических и фотохимических процессах играют триплегные состояния оргашіческих молекул. Молекулы в грнплетном состоянии, благодаря нх высокой химической активности и большому времени жизни, особенно чувствительны к аїрегатному состояшпо и другим физіпсо-хнмнческим параметрам среды, Одним из основных каналов дезактивации три-плетных состоянии является трнплет-триплетная аннигиляция (ТТА). Из-за малого пространственного масштаба обменного взаимодействия ТТА является наиболее чувствительным "инструментом" получения информации о топологической, морфологической и других структурных особенностях систем с различной размерностью.
В этой связи представляются актуальными исследования механизмов релаксации энергии электронного возбуждения в органических молекулах в средах различной структурной организащш. В работе экспериментально исследованы и модельно изучены важные вопросы дезактивации возбуждешшх состояний органолюминофо-ров в пленках Лэнгмюра-Блоджетт, полимерах и золь-гелевых стеклах, кооперативные процессы однородной и перекрестной (кросс-аннигиляция) ТТА, триплет-триплетный перенос энергии (Т-Т-перенос) и проблема молекулярной агрегации. Все перечисленные задачи непосредственно связаны с выявлением роли структурных особенностей среды и архитектуры искусственно организованных молекулярных систем на динамику обменно-резогшгеных процессов с участием гриплетных возбужденных состояний молекул люминофоров.
і '.' -
4 Целы» настоящей работы является исследование влияния структурных особенностей среды на кинетику обменно-резонансных процессов дезактивации возбужденных смнглетиых и трнплетных состояний органических шоминофоров. В работе были поставлены и решались следующие задачи:
исследование влияния характера распределения примесных центров в полимерных матрицах на закономерности аннигиляции трнплетных возбуждений;
установление механизмов релаксации трнплетных состояний в пленках Лэнгмюра-Блоджеп;
- изучение свойств биэкситонных реакций в твердых золь-
гелевых стеклах;
- исследование особенностей молекулярной агрегации в муль-
тимолекулярных лэнгаюровских пленках.
Научная новизна:
1. Исследованиями свойств ашшгиляционной замедленной
флуоресценции (ЗФ) установлен фрактальный характер распреде
ления ароматических молекул в объеме полимерной матрицы и по
казана роль релаксационных процессов на эффективность транс
порта энергии возбуждения.
-
Впервые зарегистрирована люминесценция полимера, воз-никающая в результате кросс-аннигиляции трнплетных возбуждений полимерной матрицы и красителей.
-
Впервые показано, что кинетика затухания ЗФ красителей в пленках Лэпгмюра-Блоджетт имеет неэкспонепцнальный вид, обусловленный как взаимодействием трнплетных экситонов, так и триплет-синглетной конверсией.
-
Установлено, что в пористых золь-гелевых стеклах, допиро-ванных красителями, аннигиляция протекает в слое сорбированной воды по диффузионному механизму. При низких температурах (Т=90 К) наблюдается микроскопически неоднородное распределение Т-ценгров.
-
В пленках Лэпгмюра-Блоджетт цианиновых красителей* обнаружена люминесценция молекулярных агрегатов различной природы. Проведена корреляция между структурой и. оптическими свойствами агрегатов.
Практическая значимость работы
1. Исследования спектрально-кинетических свойств люминес
ценции показывают возможность прогнозирования структуры не
однородных сред на основе изучения ТТА, что важно при создании
новых оптических материалов.
2. Результаты исследования спектрально-люминесцентных
своііств одиночных центров и молекулярных аїрегатоп в пленках
5 Лэнгмюра-Блоджетт могут бить использованы при создании оптических функциональных элементов на принципах молекулярного конструирования.
3. Разработанная методика окрашивания золь-гелевых стекол может быть применена при получении активных элементов для перестраиваемых лазеров на красителях.
Основные защищаемые положения
-
Кинетическими исследованиями показано, что ТТА ароматических молекул в твердых полимерных матрицах осуществляется во фрактальных перколяционных кластерах.
-
Механизм кросс-ашшгиляционной люминесценции полимерной матрицы, допированной молекулами красителей.
-
"Установленные закономерности релаксации триплетных состояний в пленках Лэнгмгора-Блоджетт.
-
В пористых золь-гелевых стеклах, ТТА между однотипными примесными центрами осуществляется по диффузионному механизму в слое физносорбированной воды. При понижении температуры (Т=90 К) наблюдается аннигиляция триплетных экентонов внутри кластеров молекул красителей.
-
Обнаруженная люминесценция различных форм молекулярных агрегатов в пленках Лэнгмюра-Блоджетт и результаты теоретических расчетов по усгановленіпо корреляции между структурой и оптическими свойстпами димерных центров.
Связь темы с планами научных работ. Диссертация выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ по Программе фундаментальных исследований "Физические процессы . в неравновесных твердотельных системах и научные основы модификации их свойств" (шифр 0197РК00496) Министерства высшего образования и науки Республики Казахстан.
Публикации. Основные результаты проведенных исследований по теме диссертации опубликованы в 14 печатных работах.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научной конференции "Физика и химия органических люминофоров" (Харьков, 1995 г.), на Международной конференции по люминесценции и оптической спектроскопии в конденсированных средах (Прага, 1996 г.), на IV Казахстанской конференции по физике твердого тела (Караганда, 1996 г.), на Национальной конференции по молекулярной спектроскопии (Самарканд, 1996 г.), на Международной научно-технической конференции по физике твердых диэлектриков "Диэлектрики-97" (Санкт-Петербург, 1997 г.), на Международной научной конференции "Хаос и структуры в нелинейных систе-мах.Теория и эксперимент" (Караганда, 1997 г.), на Международной
научной конференции " Современные достижения физики н фундаментальное физическое образование" (Алматы, 1999 г.), на Республиканской научно-теоретической конференции "Наука и образование в стратегии регионального развития" (Караганда, 1999 г.).
Структура и обьем диссертации. Структура диссертационной работы определена поставленными задачами и состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Она изложена на 133 страницах машинописного текста, иллюстрируется 68 рисунками, 13 таблицами и содержит список цитируемой литературы из 202 наименовании.
