Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В связи со значимостью фотофизических и фотохимических процессов в природных системах и растущим практическим применением молекулярных структур на основе сложных молекул органических соединений, исследование такого рода процессов происходящих в ансамблях сложных молекул, является одной из важнейших задач современной молекулярной и химической физики, оптики и спектроскопии. Для анализа фотофизических процессов в сложных молекулярных системах привлекаются представления, базирующиеся на результатах исследований модельных люминес-цирующих систем, проводимых в предположении их гомогенности, подразумевающей полную изотропность оптических свойств и отсутствие структурных неоднородностей исследуемой жидкой или твердой матрицы. Реальные же молекулярные системы характеризуются гетерогенностью, которая обусловлена не только наличием молекул разного типа, но и различием их спектральных характеристик, а также пространственной неупорядоченностью молекул. В связи с этим актуальным и имеющим широкий научный интерес представляется изучение влияния гетерогенности среды на внутри- и межмолекулярные процессы деградации энергии электронного возбуждения и фотофизические процессы в системах органолюминофор — сложная молекулярная среда.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы является экспериментальное исследование фотофизических процессов, и, в первую очередь, процессов переноса энергии электронного возбуждения в гетерогенных молекулярных системах, эффективности внутримолекулярных и межмолекулярных каналов деградации энергии электронного возбуждения. В задачу исследования входит:
экспериментальное исследование процессов релаксации и переноса энергии электронного возбуждения в сложных гетерогенных молекулярных системах;
исследование влияния гетерогенности сложной молекулярной среды на фотонику органолюминофоров и фотофизические процессы;
установление механизмов и закономерностей взаимодействия молекула органолюминофора—макросистема.
Объекты и предмет исследования. В качестве объектов исследования были выбраны системы на основе растворов сложных органических соединений и полимеров, надмолекулярные ансамбли—сложные органические молекулы, адсорбированные на структурах полупроводник—диэлектрик, многокомпонентные растворы молекул красителей. Разнообразие объектов исследования позволило установить общие закономерности влияния гетерогенности молекулярных систем на протекающие в них фотофизические процессы.
Научная новизна и значимость полученных результатов
В результате проведенных исследований впервые были получены следующие результаты.
Обнаружено, что в растворах разнородных молекул красителей при селективном лазерном возбуждении процессы передачи энергии электронного возбуждения между донором и акцептором сопровождаются спектральной миграцией по донорным молекулам.
Экспериментально установлена спектральная миграция энергии электронного возбуждения в системах с фрактальной размерностью.
Экспериментально установлено влияние состояния поверхности и
ее химической и зарядовой гетерогенности на оптические свойства
адсорбированных молекул и ориентацию молекул адсорбированного
слоя. Установлена возможность управления структурой
надмолекулярных систем путем "включения" поверхностных электронных состояний границы раздела полупроводник—диэлектрик.
Зарегистрировано влияние гетерогенности поверхности на эффективность переноса энергии возбуждения в адсорбированной многокомпонентной молекулярной фазе и на вероятность ее деградации в актах передачи.
Практическая значимость работы
В результате проведения исследований по теме диссертации были разработаны оптические методики исследования структурной организации многокомпонентных растворов и адсорбированных молекулярных слоев, которые позволяют изучать фотопроцессы на микроуровне и проследить динамику процессов организации молекулярных систем. Эти методики могут быть использованы и для исследования структурной реорганизации жидких макромолекулярных систем под действием внешних физических полей.
Полученные данные о фотофизических процессах, происходящих в адсорбированных на поверхности твердого тела сложных молекулах могут служить основой для создания новых методов диагностики состояния поверхности и разработки различных сенсоров и фотопреобразователей.
Основные защищаемые положения
1. Формирование фрактальных кластеров, в которых наблюдается
локальное концентрирование взаимодействующих молекул красителей,
вызывающее увеличение эффективности фотофизических процессов,
происходит в растворах полиэлектролитов и ионных красителей с
зарядом одного знака.
2. Неоднородное уширение спектров молекул в смешанных
растворах красителей при селективном возбуждении увеличивает
вероятность переноса энергии электронного возбуждения с донорных молекул на акцепторные. Процессы передачи энергии с донора на акцептор при селективном возбуждении таких молекулярных систем, сопровождается спектральной миграцией возбуждения по донорным молекулам, эффективность которой пропорциональна концентрации донора и степени спектральной гетерогенности.
-
В молекулярных фрактальных структурах эффективность переноса энергии электронного возбуждения между донором и акцептором пропорциональна величине неоднородного уширения их энергетических уровней и обратно пропорционально фрактальной размерности.
-
Ориентация адсорбированных на поверхности структур полупроводник—диэлектрик молекул определяется состоянием поверхности и ее химической и зарядовой гетерогенностью.
-
Величины барьеров переориентации адсорбированных молекул связаны с зарядовым состоянием поверхностей твердого тела. Оптические свойства адсорбированных молекул определяются в основном величиной заряда ловушек диэлектрика. Структура надмолекулярных систем может быть изменена путем "включения" различных поверхностных электронных состояний границы раздела полупроводник—диэлектрик.
-
Механизмы деградации энергии возбуждения при ее миграции в многокомпонентной молекулярных фазах на поверхности полупроводниковых структур.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на XV (Санкт-Петербург, 1995) Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике,
Международной конференции "Advanced and Laser technologies" (Limoges, France, 1997),
Международной научной конференций ''Физика и химия органических люминофоров" (Харьков 1995),
Междун'ародном'симпозиуме'по фотохимии и фотофизике молекул
и ионов, посвященном "100-летию со дня рождения академика А.Н.
Терекина (Санкт- Петербург, 1996), ' !
International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter (Prague, 1996).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Объем диссертации составляет 150 страниц машинописного текста, включает 55 рисунков, 5 таблицы, а также список литературы из 180 наименований.
