Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице

Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице

Создан органо-неорганический нанокомпозит на основе окрашенного ксантеновым красителем родамин 6Ж и допированного диоксидом кремния полиуретанакрилата. Исследованы спектральные и фотофизические свойства. Показано, что внедрение наночастиц аэросила в полимерную матрицу увеличивает фотостойкость кра...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2019
Hauptverfasser: Безродна, Т.В., Антоненко, О.И., Косянчук, Л.Ф., Рощин, А.Н., Безродный, В.И., Негрийко, А.М., Ясковец, А.О.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Schriftenreihe:Доповіді НАН України
Schlagworte:
Фізика
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159955
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице / Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 36-43. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159955
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1599552025-02-09T15:43:25Z Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице Вплив кремнезему на спектральні і фотофізичні властивості родамін 6Ж в поліуретановій матриці Silica effects on spectral and photophysical properties of rhodamine 6G in polyurethane matrix Безродна, Т.В. Антоненко, О.И. Косянчук, Л.Ф. Рощин, А.Н. Безродный, В.И. Негрийко, А.М. Ясковец, А.О. Фізика Создан органо-неорганический нанокомпозит на основе окрашенного ксантеновым красителем родамин 6Ж и допированного диоксидом кремния полиуретанакрилата. Исследованы спектральные и фотофизические свойства. Показано, что внедрение наночастиц аэросила в полимерную матрицу увеличивает фотостойкость красителя и интенсивность люминесценции. Створено органо-неорганічний нанокомпозит на основі забарвленого ксантеновим барвником родамін 6Ж і допованого діоксидом кремнію поліуретанакрилату. Досліджено спектральні та фотофізичні властивості. Показано, що введення наночастинок аеросилу у полімерну матрицю збільшує фотостійкість барвника та інтенсивність люмінесценції. The organo-inorganic nanocomposite based on rhodamine 6G with xanthene dye and polyurethane acrylate doped with silicon dioxide has been developed. Spectral and photophysical properties of the dye in the polymer matrix have been investigated in the dependence on the concentration of SiO₂ nanoparticles (1, 2, 4, and 8 mass. %). Aerosil concentration growth results in an increase of the R6G monomer–dimer ratio, which is seen on the absorption curves as an intensification of the spectral peak at 535 nm (a monomer state) relative to the spectral component at 505 nm (an aggregated state of the H-type). Adding the SiO₂ nanoparticles to the polymer matrix enhances the dye luminescence intensity almost twice for a SiO₂ concentration of 8 mass. %. This effect is caused by a decrease of the dimer luminescence reabsorption, since the dimer amount is smaller in the orga noinorganic nanocomposite, compared to the pure PUA. The photostability growth is observed for the R6G dye in the PUA polymer matrix doped with aerosil nanoparticles. Application of the organo-inorganic materials with the SiO₂ concentration in polyurethane acrylate up to 8 mass % is shown to be promising for the development of efficient active elements for the dye lasers, pumped by the second harmonic of a neodymium laser. 2019 Article Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице / Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 36-43. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.036 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159955 54-126:678.664:678.01 ru Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Фізика
Фізика
spellingShingle Фізика
Фізика
Безродна, Т.В.
Антоненко, О.И.
Косянчук, Л.Ф.
Рощин, А.Н.
Безродный, В.И.
Негрийко, А.М.
Ясковец, А.О.
Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
Доповіді НАН України
description Создан органо-неорганический нанокомпозит на основе окрашенного ксантеновым красителем родамин 6Ж и допированного диоксидом кремния полиуретанакрилата. Исследованы спектральные и фотофизические свойства. Показано, что внедрение наночастиц аэросила в полимерную матрицу увеличивает фотостойкость красителя и интенсивность люминесценции.
format Article
author Безродна, Т.В.
Антоненко, О.И.
Косянчук, Л.Ф.
Рощин, А.Н.
Безродный, В.И.
Негрийко, А.М.
Ясковец, А.О.
author_facet Безродна, Т.В.
Антоненко, О.И.
Косянчук, Л.Ф.
Рощин, А.Н.
Безродный, В.И.
Негрийко, А.М.
Ясковец, А.О.
author_sort Безродна, Т.В.
title Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
title_short Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
title_full Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
title_fullStr Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
title_full_unstemmed Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице
title_sort влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6ж в полиуретановой матрице
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2019
topic_facet Фізика
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159955
citation_txt Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице / Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 36-43. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series Доповіді НАН України
work_keys_str_mv AT bezrodnatv vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT antonenkooi vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT kosânčuklf vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT roŝinan vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT bezrodnyjvi vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT negrijkoam vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT âskovecao vliâniekremnezemanaspektralʹnyeifotofizičeskiesvojstvarodamina6žvpoliuretanovojmatrice
AT bezrodnatv vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT antonenkooi vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT kosânčuklf vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT roŝinan vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT bezrodnyjvi vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT negrijkoam vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT âskovecao vplivkremnezemunaspektralʹníífotofízičnívlastivostírodamín6žvpolíuretanovíjmatricí
AT bezrodnatv silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT antonenkooi silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT kosânčuklf silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT roŝinan silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT bezrodnyjvi silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT negrijkoam silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
AT âskovecao silicaeffectsonspectralandphotophysicalpropertiesofrhodamine6ginpolyurethanematrix
first_indexed 2025-11-27T13:10:42Z
last_indexed 2025-11-27T13:10:42Z
_version_ 1849949207274717184
fulltext 36 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ Изучение свойств органических красителей, включенных в полиуретановую матрицу, явля- ется предметом большого интереса в исследовательской деятельности в области квантовой электроники [1—3]. Полиуретановые матрицы выделяются особо благодаря многообразию, доступности, возможности легкого введения красителей, однородности материала, что осо- бенно важно для получения излучения высокого качества узкой спектральной ширины. Полиуретаны — это функциональные полимеры, свойства которых можно адаптировать пу- тем простого подбора исходных компонент в соответствии с требованиями современных применений. В частности, они обеспечивают высокую лучевую прочность, необходимую для лазеров, работающих в импульсно-периодическом режиме [4]. Одной из основных проблем, от успешного решения которой зависит возможность ши- рокого практического применения лазеров с полимерными элементами на красителях, яв- ляется увеличение их фотостойкости и ресурсных характеристик. Сложную задачу повы- шения устойчивости красителя в твердом теле решают, используя ковалентную связь между флуорофором и структурными элементами матрицы [5, 6]. Наличие ковалентной связи вво- дит в молекулу красителя рекомбинационные каналы, через которые рассеивается избы- © Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец, 2019 https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.036 УДК 54-126:678.664:678.01 Т.В. Безродна 1, О.И. Антоненко 2, Л.Ф. Косянчук 2, А.Н. Рощин 1, В.И. Безродный 1, А.М. Негрийко 1, А.О. Ясковец 1 1 Институт физики НАН Украины, Киев 2 Институт химии высокомолекулярных соединений НАН Украины, Киев E-mail: tomaalone@yahoo.com Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А.М. Негрийко Создан органо-неорганический нанокомпозит на основе окрашенного ксантеновым красителем родамин 6Ж и допированного диоксидом кремния полиуретанакрилата. Исследованы спектральные и фотофизические свойства. Показано, что внедрение наночастиц аэросила в полимерную матрицу увеличивает фотостой- кость красителя и интенсивность люминесценции. Ключевые слова: родамин 6Ж, полиуретанакрилат, аэросил, люминесценция, фотостойкость ФІЗИКА 37ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице точная энергия и, следовательно, отводится накопленное тепло от возбуждающего света во время процесса облучения. Однако далеко не все красители имеют функциональные груп- пы, как в случае кумарина-4 (—OH, в работе [5]) или феналенона F160 (—NH2, работа [6]), способные образовывать ковалентные связи. Фотостойкость органического красителя за- висит не только от его свойств и природы твердотельной матрицы, а также от вводимых в матрицу модифицирующих добавок [7]. В последнее время исследователи проявляли большой интерес к органо-неорганическим нанокомпозитам, поскольку их применение значительно улучшает свойства материала. Та- кие нанокомпозиты могут быть получены непосредственно смешиванием органических ма- териалов с неорганическими наночастицами или с помощью золь-гель процесса — гидроли- за и поликонденсации силанов в водно-спиртовой смеси с использованием кислот (соляной, азотной) в качестве катализатора реакции для синтеза SiO2-матриц [8]. Использование сильных неорганических кислот в золь-гель процессе приводит к деградации большинства красителей уже на стадии приготовления [9]. Результаты исследований и их обсуждение. В настоящей работе исследуется влияние наночастиц аэросила на спектральные и фотофизические свойства красителя родамин 6Ж (в дальнейшем R6G) в полимерной композиции на основе полиуретанакрилата (PUA). Объектами исследования были хорошо изученный в различных средах с высокими рабо- чими характеристиками краситель R6G [10], который используется при создании активных сред перестраиваемых лазеров, и полимерная матрица PUA, широко применяемая ранее в лазерных элементах на красителях [1, 3, 11]. Коммерческий лазерный краситель R6G (99 %, фирма Exciton, США) был использован в полученном виде без дополнительной очистки. PUA синтезировали методом радикаль- ной полимеризации олигоуретанакрилата на основе олигооксипропиленгликоля (ММ 2000) и толуилендиизоцианата. Реакцию фотополимеризации проводили с помощью фо- тоинициатора — изобутилового эфира бензоина [1, 3]. Особенностью структуры PUA яв- ляется пространственная сеть физических связей с высокой подвижностью, обусловли- вающая высокую лучевую прочность матрицы. В качестве неорганического наполнителя использовали наночастицы высокодисперс- ного аморфного диоксида кремния (аэросил, SiO2), получаемые пламенным гидролизом четыреххлористого кремния высокой чистоты. Показатель преломления аэросила n = 1,452, средний размер частиц составляет 7—30 нм. Экспериментальные образцы имели структуру в виде триплекса, в котором полимер был размещен между двумя оптическими подложками. R6G был введен в олигомерную смесь с использованием растворителя — хлористого метилена, который перед отверждени- ем удаляли вакуумированием. Концентрация красителя в полимерной матрице, получае- мой методом фотополимеризации, составляла ~10–4 моль/л. Необходимую оптическую плотность образцов получали изменением толщины слоя полимера между подложками. Вследствие гидрофильного характера, поверхность наночастиц SiO2 обладает гигроско- пическими свойствамии, содержит физически адсорбированные молекулы воды. Поэтому аэросил предварительно прокаливали при 600 °С в течение 5 ч перед введением в исходную смесь олигомера. Концентрацию наночастиц в образцах изменяли в пределах от 1 до 8 мас. %. Максимальное количество аэросила (8 %) в наших опытах обусловлено пропусканием нео- 38 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец крашенного красителем PUA. Спектры пропускания неокрашенного красителем PUA в от- сутствие SiO2 (кривая 1) и с добавкой последнего в количестве 8 % (кривая 2) представлены на рис. 1. Спектры пропускания и поглощения записывали спектрофотометром Shimadzu UV-1800 (спектральный диапазон 190—1100 нм, спектральная ширина щели 1 нм). На спектры пропускания нашей композиции влияют эффекты светорассеяния (рис. 1, кривая 2) вследствие агломерации наночастиц уже в исходной мономерной среде. Не рав- номерность распределения наполнителя в полимерной матрице — одна из серьезных проб- лем синтеза дисперсно-наполненных полимерных композитов. Это связано с образованием водородных связей между частицами SiO2 через силанольные группы. Механическая смесь неорганического наполнителя в мономерной среде уже изначально не является однородно распределенной системой. В процессе полимеризации этой системы проблема усугубляет- ся. В результате агломерации происходит укрупнение наночастиц, нарушение нанораз- мерности, и как следствие, появление светорассеяния. С целью стабилизации поверхности наночастиц, подавления их агломерации и улучшения равномерного распределения ис- пользовали акустическое воздействие и фронтальную полимеризацию олигомерной смеси. Из рис. 1 видно, что органо-неорганический нанокомпозит на основе PUA и аэросила в ко- личестве 8 % можно использовать в качестве матрицы для красителя R6G. На длине волны когерентной накачки (532 нм) светорассеяние минимально (см. рис. 1, кривая 2). Спектры поглощения R6G в полимерной матрице PUA представлены на рис. 2 при рав- ной для всех образцов концентрации красителя и добавкой неорганического наполните- ля от 1 до 8 мас. % относительно исходной смеси. С увеличением концентрации наночас- тиц увеличивается соотношение мономер—димер R6G, что видно на кривых поглоще- ния по возрастающему пику 535 нм (мономерное состояние красителя) по отношению к пику 505 нм (агрегированное состояние Н-типа). Измеренные на спектрофлуориметре Hitachi MPF-4 (спектральный диапазон 220— 800 нм, спектральная ширина щели 2 нм) спектры люминесценции красителей R6G в по- лимерной матрице PUA представлены на рис. 3. Сравнительный анализ кривых показывает, Рис. 1. Спектры пропускания PUA: кривая 1 — исходный полимер; кривая 2 – полимер, допированный SiO2 с 8 мас. %. Толщина образцов 2 мм Рис. 2. Спектры поглощения красителя R6G в PUA: кривая 1 — в исходном полимере; кривые 2, 3, 4, 5 — в полимере, допированном SiO2 с 1, 2, 4 и 8 мас. % соответственно 39ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице что введение в полимерную матрицу наночастиц SiO2 приводит к почти двукратному увеличению интенсивности люминесценции при концентрации диоксида кремния 8 мас. %. Существенного расши- рения (или сужения) спектров люминесценции не наблюдается. С ростом концентрации наночастиц происходит батохромный сдвиг как в спектрах пог- лощения, так и люминесценции. Это вызвано повышением полярности дисперсно-на пол- ненного наночастицами PUA по сравнению с исходным образцом. Измеренная диэлектри- ческая проницаемость ε чистой полимерной матрицы равна 3,6, а при наличии диоксида кремния с концентрацией 8 мас. % — ε = 4,2. Для изучения фотофизических свойств полимерных образцов были изготовлены трип- лексы на основе кварцевого стекла в качестве подложек. Оптическая плотность D в максиму- ме основного электронного перехода равнялась единице. Толщина легированного кра си- телем PUA составляла ~400 мкм. Был использован свет дуговой ртутной лампы сверхвысо- кого давления ДРК-120 с непрерывным спектром излучения в ультрафиолетовом и видимом диапазоне. Опыты по фотостойкости проводили путем облучения интегральным светом указанной лампы с интенсивностью облучения в зоне образцов I ≈ 45 мВт/см2. Преи му щест- венно ультрафиолетовое и видимое излучение указанной лампы использовано для исследо- вания фотостабильности R6G при возбуждении в высшие синглетные состояния (S0→S2, S3). Изменение оптической плотности D, в зависимости от дозы Е падающе го света, контро- лировали в максимуме основной полосы поглощения красителя с помощью спектрофото- метра Shimadzu UV-1800. Кинетика обесцвечивания образцов представлена на рис. 4, а. Влияние наночастиц аэросила при концентрациях от 0 до 8 мас. % на фотостабильность R6G в полимерной матрице PUA исследовали также путем облучения только в основной электронный переход S0→S1, что осуществлялось использованием непрерывного излуче- ния второй гармоники (532 нм) неодимового лазера с диодной накачкой (MGL532 фирмы Changchum New Industries Optoelectronics Tech. Co.). Интенсивность облучения в зоне об- разцов составляла I ≈ 1,6 Вт/см2. Для определения коэффициента пропускания (и, соответ- ственно, оптической плотности) применяли электронно-оптическую схему с фотоприемни- ками – фотодиодами ФД-24К и цифровыми вольтметрами В7-16, что обеспечивало высо- кую точность измерения до 0,5 % [12]. Зависимость изменения оптической плотности красителя в полимерной матрице от энергетической дозы облучения представлена на рис. 4, б. Анализ спектров поглощения и люминесценции R6G в PUA (см. рис. 2 и 3) показал, что наночастицы аэросила влияют на процессы самоагрегации ксантенового красителя. Несмотря на то, что в целом молекула R6G имеет положительный заряд и ожидается, что взаимодействие между ними имеет отталкивающий характер, в малополярных средах, к ко- торым относится и большинство полимеров, имеет место образование ионных пар за счет электростатического притяжения между противоионами, которое приводит к возникно- Рис. 3. Спектры люминесценции красителя R6G в PUA: кривая 1 — в исходном полимере; кривые 2, 3, 4, 5 — в поли- мере, допированном SiO2 с 1, 2, 4 и 8 мас. % 40 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец вению дополнительного максимума в поглощении. В нашем случае это спектральный пик 505 нм (агрегированное состояние Н-типа). Образование димеров R6G происходит именно за счет водородных связей, образующихся между аминогруппой одной молекулы и алкиль- ной группой другой [13]. Доля мономерных молекул R6G в полимере увеличивается с ро- стом концентрации SiO2 (см. рис. 2), что обусловливает и увеличение интенсивности люми- несценции, представленной на рис 3. Последнее вызвано уменьшением перепоглощения люминесценции димерами, количество которых уменьшается при преобразовании PUA в органо-неорганический нанокомпозит. Также возможна колебательная кросс-релаксация тепловой энергии планарного ксантенового мостика R6G и иммобилизация карбоксифе- нильного кольца молекулы красителя. Включение R6G в поры матрицы кремнезема при- водит к релаксации вращения возбужденного состояния молекулы красителя в целом, кото- рое является одним из источников безызлучательной потери энергии. Наблюдается увеличение фотостойкости красителя R6G в PUA (рис. 4, а и б) при вве- дении наночастиц SiO2 в полимерную матрицу. Механизм влияния наночастиц аэросила в PUA на спектральные и фотофизические свойства R6G включает в себя адсорбцию молекул красителя в пористой структуре SiO2. Высокая вероятность адсорбции молекулы красителя вследствие электростатического взаимодействия положительно заряженного катиона R6G с отрицательным зарядом поверхности наночастицы стерически препятствует образованию димеров, доступу кислорода и свободных радикалов, вызванных воздействием света. Кроме того, продукты фоторазложения не мигрируют, и таким образом, не могут способствовать дальнейшему фотораспаду. Подобным эффектом увеличения стабильности свойств краси- теля обладают золь-гель матрицы, имеющие пористую структуру, однако применение силь- ных кислот (соляной, азотной) в качестве катализаторов [9, 14] неприемлемо для некото- рых классов красителей, например, полиметиновых [9]. Таким образом, в настоящей работе получена органо-неорганическая нанокомпозиция путем непосредственного смешивания органического материала полиуретанакрилата с не- Рис. 4. Изменение оптической плотности красителя R6G в максимуме поглощения при облучении ртут- ной лампой (а), при облучении второй гармоникой неодимового лазера (532 нм) (б): кривая 1 — в исход- ном полимере; кривые 2, 3, 4, 5 — в полимере, допированном SiO2 с 1, 2, 4 и 8 мас. % 41ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице органическими наночастицами диоксида кремния, которая позволила значительно улуч- шить спектральные и фотофизические свойства ксантенового красителя родамин 6Ж. Увеличено отношение мономер-димерного состава красителя в полимерной матрице, по- лучено увеличение квантового выхода люминесценции. Легирование полимерной матрицы наночастицами аэросила увеличивает фотостабильность красителя. Концентрация SiO2 в полиуретанакрилате до 8 мас. % позволяет реализовать активные элементы в лазере на кра- сителях при накачке второй гармоникой неодимового лазера. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Бондар М.В., Пржонская О.В. Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства пирромети- нового красителя РМ-567 в этаноле и полимерной матрице. Квант. электроника. 1998. 25, № 9. С. 775— 778. https://doi.org/10.1070/QE1998v028n09ABEH001318 2. Николаев С.В., Пожар В.В., Дзюбенко М.И., Николаев К.С. Твердотельные активные среды для пере- страиваемых лазеров на основе активированных красителями полиуретанов. Радиофизика и электро- ника. 2018. 23, № 4. С. 96—107. https://doi.org/10.15407/rej2018.04.095 3. Безродный В.И., Стратилат М.С, Негрийко А.М., Косянчук Л.Ф., Клишевич Г.В., Тодосийчук Т.Т. Влияние алифатической полиуретановой матрицы на спектральные и фотофизические характеристи- ки красителей в активных лазерных элементах. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2013. № 7. С. 108—113. 4. Безродный В.И., Негрийко А.М., Косянчук Л.Ф. Исследование пассивной модуляции добротности ИАГ:Nd лазера с затворами на основе окрашенных полиуретановых матриц. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2016. № 9. C. 61—68. https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.09.061 5. Suratwala T., Gardlund Z., Davidson K., Uhlmann D.R. Silylated coumarin dyes in sol-gel hosts. 2. Pho- tostability and sol-gel processing. Chem. Mater. 1998. 10, № 1. P. 199—209. https://doi.org/10.1021/ cm970340s 6. Kosyanchuk L., Bezrodna T., Stratilat M., Menzheres G., Kozak N., Todosiichuk T. Peculiarities of interactions between 6-aminophenalenone dye and polyurethane matrix. J. Polym. Res. 2014. № 21. P. 564—570. https:// doi.org/10.1007/s10965-014-0564-7 7. Al Dwayyan A.S., Qaid Saif M.H., Majeed Khan M.A., Al Salhi M.S. Structural and spectral investigations of Rhodamine (Rh6G) dye-silica core–shell nanoparticles. Optical Materials. 2012. 34, № 5. P. 761—768. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2011.11.003 8. Безкровная О.Н., Притула И.М., Пузиков В.М., Маслов В.В., Колыбаева М.И., Гуркаленко Ю.А., Вовк О.М., Лопин А.В., Плаксий А.Г. Активные среды на основе SiO2 c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2010. 8, № 4, C. 927—940. 9. Bezkrovnaya O.N., Pritula I.M., Plaksii A.G., Puzikov V.M., Gurkalenko Yu.A., Kachkovskiy A.D., Slominsky Y.L., Kanaev A. Spectral properties of nanoporous SiO2 matrices with polymethine dye molecules. Funct. Mater. 2014. Vol.21. No.1. P. 36—41. http://dx.doi.org/10.15407/fm22.01.036 10. Pavlopoulos T.G. Scaling of dye lasers with improved laser dyes. Progr. Quantum. Electron. 2002. 26, № 4—5. P. 193–224. https://doi.org/10.1016/S0079-6727(02)00005-8 11. Безродный В.И., Бондар М.В., Пржонская О.В. Полимерные лазеры: фотофизика активной среды, оп- тические схемы и генерационные параметры. Изв. АН СССР. Cер. физич. 1990. 54, № 8. С. 1476—1483. 12. Bezrodnyi V.I., Stratilat M.C., Kosyanchuk L.F., Negriyko A.M., Klishevich G.V., Todosiichuk T.T. Spectral and photophysical properties of phenalenone dyes in aliphatic polyurethane matrix. Funct. Mater. 2015. 22, № 2. P. 212—218. https://doi.org/10.15407/fm22.02.212 13. Chuichay P., Vladimirov E., Siriwong K., Hannongbua S., Rösch N. Molecular-dynamics simulations of pyronine 6G and rhodamine 6G dimers in aqueous solution. J. Mol. Model. 2006. № 12. P. 885—896. https:// doi.org/10.1007/s00894-005-0053-3 14. Reisfeld R., Weiss A., Saraidarov T., Yariv E., Ishchenko A.A. Solid-state lasers based on inorganic–organic hybrid materials obtained by combined sol–gel polymer Technology. Polym. Adv. Technol. 2004. № 15. P. 291—301. https://doi.org/10.1002/pat.463 Поступило в редакцию 24.04.2019 42 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 Т.В. Безродна, О.И. Антоненко, Л.Ф. Косянчук, А.Н. Рощин, В.И. Безродный, А.М. Негрийко, А.О. Ясковец REFERENCES 1. Bondar, M. V. & Przhonska, O. V. (1998). Spectral-luminescence and lasing properties of the pyrromethene dye PM-567 in ethanol and in a polymer matrix. Quant. Electron., 28, No. 9, рр. 753-756. https://doi. org/10.1070/QE1998v028n09ABEH001318 2. Nikolaev, S. V., Pozhar, V. V., Dzyubenko, M. I. & Nikolaev, K. S. (2018). Solid active media for tunable lasers on the basis of dye-doped polyuretanes. Radiofizika i elektronika, 28, No. 9, рр. 753-756 (in Russian). https://doi.org/10.15407/rej2018.04.095 3. Bezrodnyi, V. I., Stratilat, M. S., Negriyko, A. M., Kosyanchuk, L. F., Klishevich, G. V. & Todosiichuk, T. T. (2013). Effects of an aliphatic polyurethane matrix on spectral and photophysical characteristics of laser dyes. Dopov. Nac. akad. nauk. Ukr., No. 7, рp. 108-113 (in Russian). 4. Bezrodnyi, V. I., Negriyko, A. M. & Kosyanchuk, L. F. (2016). Investigations of passive Q-switching in YAG:Nd lasers with Q-switches based on dye-doped polyurethane matrices. Dopov. Nac. akad. nauk. Ukr., No. 9, рp. 61-68 (in Russian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2016.09.061 5. Suratwala, T., Gardlund, Z., Davidson, K. & Uhlmann, D. R. (1998). Silylated coumarin dyes in sol-gel hosts. 2. Photostability and sol-gel processing. Chem. Mater., 10, No. 1, pp. 199-209. https://doi.org/10.1021/ cm970340s 6. Kosyanchuk, L., Bezrodna, T., Stratilat, M., Menzheres, G., Kozak, N. & Todosiichuk, T. (2014). Peculiarities of interactions between 6-aminophenalenone dye and polyurethane matrix. J. Polym. Res., No. 21, pp. 564- 570. https://doi.org/10.1007/s10965-014-0564-7 7. Al Dwayyan, A. S., Qaid Saif, M. H., Majeed Khan, M. A. & Al Salhi, M. S. (2012). Structural and spectral investigations of Rhodamine (Rh6G) dye-silica core–shell nanoparticles. Optical Materials, 34, No. 5, pp. 761-768. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2011.11.003 8. Bezkrovnaya, O. N., Pritula, I. M., Puzikov, V. M., Maslov, V. V., Kolybaeva, M. I., Gurkalenko, Yu. A., Vovk, O. M., Lopyn, A. V. & Plaksii, A. G. (2010). SiO2-based active media with incorporated rhodamine and pyrenetetrasulfonic acid molecules. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies, 8, No. 4, pp. 927-940. (in Russian). 9. Bezkrovnaya, O. N., Pritula, I. M., Plaksii, A. G., Puzikov, V. M., Gurkalenko, Yu. A., Kachkovskiy, A. D., Slominsky, Yu. L. & Kanaev, A. (2014). Spectral properties of nanoporous SiO2 matrices with polymethine dye molecules. Funct. Mater., 21, No. 1, pp. 36-41. https://doi.org/10.15407/fm22.01.036 10. Pavlopoulos, T. G. (2002). Scaling of dye lasers with improved laser dyes. Progr. Quantum. Electron., 26, No. 4-5, pp. 193-224. https://doi.org/10.1016/S0079-6727(02)00005-8 11. Bezrodnyi, V. I., Bondar, M. V. & Przhonska, O. V. (1990). Polymer lasers: photophysics of the active medium, optical schemes and generation parameters. Bulletin USSR Academy of Sciences. Phys. Ser., 54, No. 8, pp. 1476-1483. (in Russian). 12. Bezrodnyi, V. I., Stratilat, M. C., Kosyanchuk, L. F., Negriyko, A. M., Klishevich, G. V. & Todosiichuk, T. T. (2015). Spectral and photophysical properties of phenalenone dyes in aliphatic polyurethane matrix. Funct. Mater., 22, No. 2, pp. 212-218. https://doi.org/doi.org/10.15407/fm22.02.212 13. Chuichay, P., Vladimirov, E., Siriwong, K., Hannongbua, S. & Rösch, N. (2006). Molecular-dynamics simula- tions of pyronine 6G and rhodamine 6G dimers in aqueous solution. J. Mol. Model., No. 12, pp. 885-896. https://doi.org/10.1007/s00894-005-0053-3 14. Reisfeld, R., Weiss, A., Saraidarov, T., Yariv, E. & Ishchenko, A. A. (2004). Solid-state lasers based on inorgan- ic-organic hybrid materials obtained by combined sol–gel polymer Technology. Polym. Adv. Technol., No. 15, pp. 291-301. https://doi.org/10.1002/pat.463 Received 24.04.2019 43ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Влияние кремнезема на спектральные и фотофизические свойства родамина 6Ж в полиуретановой матрице Т.В. Безродна 1, О.І. Антоненко 2, Л.Ф. Косянчук 2, О.М. Рощин 1, В.І. Безродний 1, А.М. Негрійко 1, А.О. Ясковець 1 1 Інститут фізики НАН України, Київ 2 Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України, Київ E-mail: tomaalone@yahoo.com ВПЛИВ КРЕМНЕЗЕМУ НА СПЕКТРАЛЬНІ І ФОТОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РОДАМІН 6Ж В ПОЛІУРЕТАНОВІЙ МАТРИЦІ Створено органо-неорганічний нанокомпозит на основі забарвленого ксантеновим барвником родамін 6Ж і допованого діоксидом кремнію поліуретанакрилату. Досліджено спектральні та фотофізичні властивості. Показано, що введення наночастинок аеросилу у полімерну матрицю збільшує фотостійкість барвника та інтенсивність люмінесценції. Ключовi слова: родамін 6Ж, поліуретанакрилат, аеросил, люмінесценція, фотостійкість. T.V. Bezrodna 1, O.I. Antonenko 2, L.F. Kosyanchuk 2, O.M. Roshchin 1, V.I. Bezrodnyi 1, A.M. Negriyko 1, A.O. Yaskovets 1 1 Institute of Physics of the NAS of Ukraine, Kiev 2 Institute of Macromolecular Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: tomaalone@yahoo.com SILICA EFFECTS ON SPECTRAL AND PHOTOPHYSICAL PROPERTIES OF RHODAMINE 6G IN POLYURETHANE MATRIX The organo-inorganic nanocomposite based on rhodamine 6G with xanthene dye and polyurethane acrylate doped with silicon dioxide has been developed. Spectral and photophysical properties of the dye in the poly- mer matrix have been investigated in the dependence on the concentration of SiO2 nanoparticles (1, 2, 4, and 8 mass. %). Aerosil concentration growth results in an increase of the R6G monomer–dimer ratio, which is seen on the absorption curves as an intensification of the spectral peak at 535 nm (a monomer state) relative to the spec- tral component at 505 nm (an aggregated state of the H-type). Adding the SiO2 nanoparticles to the polymer matrix enhances the dye luminescence intensity almost twice for a SiO2 concentration of 8 mass. %. This effect is caused by a decrease of the dimer luminescence reabsorption, since the dimer amount is smaller in the orga no- inorganic nanocomposite, compared to the pure PUA. The photostability growth is observed for the R6G dye in the PUA polymer matrix doped with aerosil nanoparticles. Application of the organo-inorganic materials with the SiO2 concentration in polyurethane acrylate up to 8 mass % is shown to be promising for the develop- ment of efficient active elements for the dye lasers, pumped by the second harmonic of a neodymium laser. Keywords: rhodamine 6G, polyurethane acrylate, aerosil, luminescence, photostability.

Ähnliche Einträge