Введение к работе
Актуальность темы
Проблема преобразования энергии электронного возбуждения в конденсированных молекулярных системах, с участием триплетного состояния, является весьма актуальной, поскольку процессы такого рода широко распространены в природе и находят большое практическое применение. Одним из важных вопросов, в рамках данной проблемы, является вопрос о взаимном влиянии компонентов донорно-акцепторных пар на константы скоростей внутримолекулярных переходов в условиях переноса энергии.
Существующие в настоящее время теории по-разному отвечают на этот вопрос. Из исходных положений теории Ферстера-Декстера следует независимость констант скоростей интеркомбинационных переходов от степени интенсивности межмолекулярных взаимодействий, вследствие использования невозмущенных волновых функций компонентов при построении теории. Согласно же квантово-химической теории переноса энергии предложенной Артюховым и Майером, уже только одно добавление второй компоненты в раствор приводит к возмущению электронных состояний первой компоненты, следствием чего, на наш взгляд, может быть изменение констант скоростей внутримолекулярных переходов в каждой из компонент. Механизм протекания процесса переноса энергии в этих теориях так же отличен.
В связи с вышесказанным, актуальным становится как теоретическое, так и экспериментальное исследование влияния межмолекулярных взаимодействий на константы скоростей интеркомбинационных переходов в компонентах донорно-акцепторных пар. Поскольку триплет-триплетный перенос энергии реализуется по обменно-резонансному механизму с участием интеркомбинационных переходов, то для данного процесса актуальным является исследование влияния обменных взаимодействий на константы скоростей этих переходов.
Таким образом, изучение влияния обменных взаимодействий на константы скоростей интеркомбинационных переходов в молекулах акцепторов в присутствии в растворе молекул доноров, имеет важное значение, как для интерпретации экспериментальных результатов, так и для дальнейшего развития теории переноса энергии по обменно-резонансному механизму в конденсированных средах.
Объектами исследования являлись твердые растворы органических соединений: бензофенон Сі3Н10О, нафталин СюН8, аценафтен Сі2Н10, дифенил Сі2Н10, в качестве растворителя использовался толуол С7Н8. Все исследования проводились при 77 К.
Цель работы установить закономерности влияния обменных взаимодействий между компонентами донорно-акцепторных пар на константы скоростей интеркомбинационных переходов в молекулах акцепторов энергии.
Для этого были поставлены и решены следующие задачи:
Исследовать зависимость константы скорости излучательной дезактивации триплетных возбуждений в молекулах акцепторов от среднего расстояния между компонентами донорно-акцепторных пар, и от констант скоростей соответствующих излучательных переходов невозмущенных компонент;
Разработать методику определения относительного изменения константы скорости интеркомбинационной конверсии перехода s —> Т
в молекулах акцепторов в присутствии молекул доноров;
3. Выяснить, как влияют обменных взаимодействий на вероятность
интеркомбинационной конверсии k в акцепторах в присутствии
молекул донора энергии в радиусе обменных взаимодействий;
4. Установить закономерности влияния изменения констант скоро
стей интеркомбинационных переходов на люминесцентные характери
стики компонентов донорно-акцепторных пар.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что в работе впервые:
1. Теоретически получена и экспериментально подтверждена экспо
ненциальная зависимость изменения константы скорости излучательной
дезактивации триплетных возбуждений к в молекулах акцепторов
обусловленная влиянием обменных взаимодействий между компонентами донорно-акцепторных пар;
2. Разработана методика определения относительного изменения
константы скорости интеркомбинационной конверсии kST основанная
на кинетических методах исследования;
3. Теоретически установлена и экспериментально подтверждена
экспоненциальная зависимость изменения константы скорости интер
комбинационной конверсии к в молекулах акцепторов, обусловленная
влияния обменных взаимодействий между компонентами донорно-акцепторных пар;
4. Установлены закономерности влияния изменения констант скоро
стей интеркомбинационных переходов, обусловленных обменным
взаимодействием между компонентами донорно-акцепторных пар, на их
люминесцентные характеристики - квантовый выход и время затухания сенсибилизированной фосфоресценции.
Практическая значимость. Полученные автором результаты открывают новые возможности анализа информации, полученной при исследовании спектрально-люминесцентных характеристик донорно-акцепторных смесей органических молекул в твердотельных матрицах и могут быть использованы при разработке новых материалов для создания функциональных элементов оптоэлектроники.
Основные научные положения выносимые на защиту:
1. Изменение константы скорости излучательной дезактивации три-
плетных возбуждений L перехода т -> S в молекулах акцепторов, при
добавлении в раствор молекул доноров, экспоненциально зависит от среднего расстояния между компонентами донорно-акцепторных пар, и как корень квадратный произведения соответствующих констант скоростей невозмущенных компонент донорно-акцепторной пары. Эта зависимость обусловлена обменными взаимодействиями между молекулами доноров и акцепторов;
2. Относительное изменение константы скорости интеркомбинаци
онной конверсии kST безызлучательного перехода Sl —»Г в молекулах
акцепторов при добавлении доноров можно определить, измерив заселенность триплетного уровня молекул акцепторов, из кинетических экспериментов, в: одно компонентном растворе молекул акцепторов при возбуждении в область si <— S0 поглощения, двухкомпонентном растворе при возбуждении в область si <— S0 поглощения молекул акцепторов,
двухкомпонентном растворе при сенсибилизированном возбуждении молекул акцепторов (область si <- S0 поглощения молекул доноров);
3. Изменение константы скорости интеркомбинационной конверсии
kST перехода S1—>T в молекулах акцепторов, при добавлении в
раствор молекул доноров, экспоненциально зависит от среднего расстояния между компонентами донорно-акцепторных пар, и как корень квадратный произведения соответствующих констант скоростей невозмущенных компонент донорно-акцепторной пары. Эта зависимость обусловлена обменными взаимодействиями между молекулами доноров и акцепторов;
4. Зависимость квантового выхода сенсибилизированной фосфорес
ценции (СФ) от концентрации раствора и уменьшение времени затухания
СФ по сравнению с обычной, обусловлены увеличением константы скорости h излучательного перехода Т —> 5„ в молекулах акцепторов.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на:
9 Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых «ВНКСФ - 9», г. Красноярск, 28 марта - 3 апреля 2003 г.
10 Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых «ВНКСФ - 10», г. Москва, 1-7 апреля 2004 г.
Четвертой международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2005», г. Санкт-Петербург, 17-21 октября 2005.
12 Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых «ВНКСФ - 12», г. Новосибирск, 23 - 29 марта 2006 г.
XIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов - 2006», г. Москва, 12 -15 апреля 2006 г.
51-й научно-методической конференции преподавателей и студентов «Университетская наука - региону», Ставрополь, 3-24 апреля 2006 г.
2-й Теренинской научно-практической конференции «Взаимодействие света с веществом», г. Калуга, 5-6 мая 2006 г.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.
Личный вклад автора
Постановка задач, планирование работы и обсуждение полученных результатов проводились автором совместно с научным руководителем, доктором физико-математических наук, доцентом Дерябиным М.И.
Диссертантом лично проведены экспериментальные исследования, обработка результатов этих исследований и все теоретические расчеты, представленные в диссертационной работе. Также лично автором проведено сравнение полученных им результатов теоретических расчетов с результатами экспериментальных исследований. Основные выводы и положения диссертационной работы сформулированы лично автором.
Структура и объем диссертации
