Введение к работе
Актуальность темы
Исследования, проводимые в рамках диссертационной работы, относятся к области нанотехнологий, приоритетному направпению в науке и технике, как в России, так и за рубежом, в частности, к области нанофотоники, науке об оптических характеристиках материалов, построенных из частиц наноразмерных масштабов. Очевидно, что результаты, полученные в области нанофотоники, могут стать основой для будущих информационных технологий, поскольку они позволят создавать информационные системы из элементов более миниатюрных и работающих на более высоких частотах, чем используемые сегодня.
В настоящее время создание нового поколения элементной базы фотоники и оитоэлектроники с качественно улучшенными функциональными параметрами основывается в большой степени на использовании различных наноразмерных и наносгруктурированных материалов с требуемыми свойствами.
Квантовые точки (КГ) являются уникальным объектом современной наноиыдустрии. Они уже нашли своё применение в оптоэлектроиике -лазеры с активным веществом ьа основе квантовых точек, одноэлектронные транзисторы; в экологии - сенсоры. В биологии и медицине преимущества КГ над органическими красителями позволяют им успешно конкурировать с органическими красителями. Одним из применений КТ являются кодированные люминесцентные метки. Несмотря на это, многие свойства КТ еще недостаточно изучены: стабильность спектрально-люминесцентных характеристик, механизмы тушения, мерцание, взаимодействие между собой и т.д.
Создание надмолекулярных гибридных структур с управляемыми спектрально-люминесцентными свойствами на основе КТ может как существенно повысить эффективность использования КТ во многих приложениях (например, повысить чувствительность сенсоров), так и создать основы для качественно новых возможностей их практического использования, тем самым расширив сферу применения квантовых точек. В связи с этим исследование механизмов взаимодействия КТ с молекулами, в частности, изучение изменения оптических свойств КТ в результате такого взаимодействия являются актуальными. В данной работе исследовался механизм тушения люминесценции КТ при взаимодействии с молекулами орто-фенантролина, что представляет особый интерес, т.к. в данной системе тушение люминесценции не может быть обусловлено ни переносом энергии, ни межмолекулярным переносом электрона.
Свойства ансамбля ианочасгац могут сильно отличаться от свойств как индивидуальной наночастпцы, так и объемного материала подобно тому, как свойства паыочастнц отличаются от свойств макрообъема аналогичного вещества. Ансамбли наночастиц, в частности КТ, могут обладать уникальными свойствами и могу)- найти широкое применение в медицине, оптике, электронике и сенсорных устройствах. В настоящее время большой интерес к ансамблям КТ определяется возможностью контролировать их свойства и, соответственно, применять их б различных функциональных устройствах. Одним из путей создания контролируемых ансамблей КТ является самоорганизации квантовых точек, позволяющая создавать упорядоченные микроструктуры с уникальными оптическими свойствами. Этим обусловлена актуальность исследования основных закономерностей оптических свойств самоорганизованных структур на основе КТ, которой посвяшсна вторая часть данной работы. В работе изучались самоорганизованные структуры из КТ. получающиеся при высыхании коллоидного раствора КТ на твёрдотельных подложках.
Цели и задачи диссертационной работы
Основными целями диссертационного исследования были:
установление закономерностей спектральных и люминесцентно-кмнетичсских проявлений взаимодействия квантовых точек с молекулами п между собой;
определение физико-химических механизмов самоорганизации квантовых точек и разработка методов управления самоорганизацией квантовых точек для создания структур с заданными свойствами.
Для достижения этих целей были решены следующие задачи:
о Исследование влияния количества еолюбилизатора КТ на
стабильность оптических характеристик КГ в гидрофобных
растворителях.
о Изучение спектрально-кинетическими методами механизмов тушения
люминесценции КТ органическими молекулами при отсутствии переноса
энергии между КТ и молекулами.
о Определение концентрации КТ в самоорганизоваиных структурах из
КТ и выяснение роли дополнительных компонентов раствора в процессе
самоорганизации КТ.
о Выяснение факторов, определяющих положение полос
люминесценции п самоорганизованных структура КТ, в частности роли
размерной сепарации и фотохимических превращений КТ.
о Определение основных особенностей кинетики затухания
люминесценции КТ в самоорганизованных структурах и выяснение
факторов, которыми она обусловлена.
Научная новизна работы
о На примере взаимодействия квантовых точек с орто-фенантролнном продемонстрировано существование механизма обратимого тушения люминесценции КТ, не связанного с переносом энергии или межмолекулярным переносом электрона и. предположительно, обусловленного модификацией поверхности КТ.
о Показано, что дендритные структуры, полученные при высыхании коллоидных растворов КТ, образованы дополнительными компонентами раствора, в которые КТ встраиваются как в матрицу.
о Показано, что в самоорганизованных структурах КТ эффекты размерной сепарации могут приводить к спектральным сдвигам в пределах полуширины полосы люминесценции ансамбля данных КТ в растворе, причем проявление этих эффектов наиболее ярко выражено в случае самоорганизации смеси КТ двух разных размеров, о Продемонстрирована способность безоболочечных КТ в самоорганизованных структурах к деструкции под воздействием света, приводящей к коротковолновому спектральному сдвигу полосы люминесценции на величину до 50-60 им.
Положения, выносимые на защиту:
При взаимодействии KY с орто-фенантроликом происходит частичное обратимое тушение люминесценции КГ не связанное с переносом энергии или межмолекулярным переносом электрона и. предположительно, связанное с модификацией поверхности КТ.
Дендритные структуры, полученные при высыхании коллоидных растворов КТ. образованы дополнительными компонентами раствора, которые выполняют роль матрицы для КТ.
« В дендритных самоорганизованных структурах из КТ имеет место размерная сепарация: КТ наименьших из ансамбля размеров стремятся занять место в периферийных частях дендрита.
Коротковолновый спектральный сдвиг полосы люминесценции,
наблюдаемый для самоорганизованных структур из безоболочечных КТ',
подвергавшихся действию света, в основном обусловлен фотодеструкцией
КТ.
Апробация работы и публикации
Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались в рамках 8 докладов, представленных на 4 Всероссийских и 3 международных конференциях.
Результаты диссертации опубликованы в 11 печатных изданиях, из них 4 в изданиях, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов, и которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степенен доктора и кандидата наук (список ВАК).
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы были использованы в НИУ И Г МО при выполнении проектов в рамках государственных контрактов, [рантов РФФИ и аналитических ведомственных программ Министерства образования и науки РФ.
Материалы диссертационном работы используются в учебном процессе Кафедры оптическом физики и современного естествознания НИУ ИТМО при подготовке студентов по направлению 20060005 «Оптика наноструктур').
Личный пклад автора
