Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты

Золь—гель-методом синтезированы SiO₂-матрицы с инкорпорированными молекулами флюоресцирующих красителей. Прозрачность образцов зависит от молярного соотношения воды и формамида. Изучено влияние силикагельной матрицы на возникновение эксимерной флюоресценции тетранатриевой соли 1, 3, 6, 8-пирентетрас...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2010
Main Authors:	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.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2010
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73183
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты / О.Н. Безкровная, И.М. Притула, В.М. Пузиков, В.В. Маслов, М.И. Колыбаева, Ю.А. Гуркаленко, О.М. Вовк, А.В. Лопин, А.Г. Плаксий // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 927-940. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859652357525078016
author	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.
author_facet	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.
citation_txt	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты / О.Н. Безкровная, И.М. Притула, В.М. Пузиков, В.В. Маслов, М.И. Колыбаева, Ю.А. Гуркаленко, О.М. Вовк, А.В. Лопин, А.Г. Плаксий // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 927-940. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	Золь—гель-методом синтезированы SiO₂-матрицы с инкорпорированными молекулами флюоресцирующих красителей. Прозрачность образцов зависит от молярного соотношения воды и формамида. Изучено влияние силикагельной матрицы на возникновение эксимерной флюоресценции тетранатриевой соли 1, 3, 6, 8-пирентетрасульфоновой кислоты. Определён порог генерации SiO₂-матрицы с родамином 6G. Длина волны генерации родамина 6G в SiO₂-матрице составила 575,7 нм, а полуширина спектра – 2,2 нм. Золь—ґель-методою синтезовано SiO₂-матриці з інкорпорованими молекулями флюоресцівних барвників. Прозорість зразків залежить від молярного співвідношення води і формаміду. Вивчено вплив силікаґельної матриці на виникнення ексимерної флюоресценції тетранатрійової солі 1, 3, 6, 8-пірентетрасульфонової кислоти. Визначено поріг ґенерації SiO₂-матриці з родаміном 6G. Довжина хвилі ґенерації родаміну 6G в SiO₂-матриці склала 575,7 нм, а півширина спектру – 2,2 нм. SiO₂-matrices with incorporated molecules of fluorescent dyes are synthesized by a sol—gel method. Transparency of the samples depends on the molar ratio of water and formamide. The influence of silica gel matrix on the appearance of excimer fluorescence of 1, 3, 6, 8-pyrenetetrasulfonic acid tetrasodium salt is studied. The lasing-action threshold of SiO₂-matrix with rhodamine 6G is determined. The lasing peak of rhodamine 6G in SiO₂-matrix is 575.7 nm; the half-width equals 2.2 nm.
first_indexed	2025-12-07T13:34:51Z
format	Article
fulltext	927 PACS numbers:68.37.Lp, 78.20.Ci,78.55.Mb,78.67.Ve,81.07.Pr,81.20.Fw, 82.70.Gg Активные среды на основе SiO2 c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты О. Н. Безкровная, И. М. Притула, В. М. Пузиков, В. В. Маслов, М. И. Колыбаева, Ю. А. Гуркаленко, О. М. Вовк, А. В. Лопин, А. Г. Плаксий** Институт монокристаллов НАН Украины, просп. Ленина, 60, 61001 Харьков, Украина Институт радиофизики и электроники им. Я. И. Усикова НАН Украины, ул. Академика Проскуры, 12, 61085 Харьков, Украина Институт сцинтилляционных материалов НАН Украины, просп. Ленина, 60, 61001 Харьков, Украина **Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина, площадь Свободы, 4, 61077 Харьков, Украина Золь—гель-методом синтезированы SiO2-матрицы с инкорпорированными молекулами флюоресцирующих красителей. Прозрачность образцов зави- сит от молярного соотношения воды и формамида. Изучено влияние сили- кагельной матрицы на возникновение эксимерной флюоресценции тетра- натриевой соли 1, 3, 6, 8-пирентетрасульфоновой кислоты. Определён порог генерации SiO2-матрицы с родамином 6G. Длина волны генерации родамина 6G в SiO2-матрице составила 575,7 нм, а полуширина спектра – 2,2 нм. Золь—ґель-методою синтезовано SiO2-матриці з інкорпорованими молеку- лями флюоресцівних барвників. Прозорість зразків залежить від моляр- ного співвідношення води і формаміду. Вивчено вплив силікаґельної мат- риці на виникнення ексимерної флюоресценції тетранатрійової солі 1, 3, 6, 8-пірентетрасульфонової кислоти. Визначено поріг ґенерації SiO2- матриці з родаміном 6G. Довжина хвилі ґенерації родаміну 6G в SiO2- матриці склала 575,7 нм, а півширина спектру – 2,2 нм. SiO2-matrices with incorporated molecules of fluorescent dyes are synthe- sized by a sol—gel method. Transparency of the samples depends on the molar ratio of water and formamide. The influence of silica gel matrix on the ap- pearance of excimer fluorescence of 1, 3, 6, 8-pyrenetetrasulfonic acid tetra- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2010, т. 8, № 4, сс. 927—940 © 2010 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 928 О. Н. БЕЗКРОВНАЯ, И. М. ПРИТУЛА, В. М. ПУЗИКОВ и др. sodium salt is studied. The lasing-action threshold of SiO2-matrix with rho- damine 6G is determined. The lasing peak of rhodamine 6G in SiO2-matrix is 575.7 nm; the half-width equals 2.2 nm. Ключевые слова: золь—гель-синтез, SiO2-матрица, люминесцирующие красители, силикагели. (Получено 19 октября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ В последние годы многочисленные исследования посвящены со- вершенствованию технологии получения активных сред для пере- страиваемых твердотельных лазеров и флюоресцирующих матери- алов [1—6]. Известно, что лазеры на красителях являются одними из наиболее распространённых источников мощного когерентного излучения, перестраиваемых в широком диапазоне длин волн. Од- нако растворы красителей отличаются низким термооптическим качеством, что обуславливает снижение эффективности работы жидкостных лазеров [7]. В связи с этим, большое количество работ посвящено переходу от растворов органических люминофоров к твердотельным элементам (полимерным матрицам, золь—гель- стёклам, ксерогелям, силикагелям) [1—10]. Оптические элементы из неорганических кристаллов, обладающие высоким оптическим качеством, достаточно дороги и сложны в изготовлении, а матрицы на основе органических полимеров не дают оптического качества неорганических стёкол, характеризуются более низкой фотоста- бильностью [4], в них снижается фотостабильность инкорпориро- ванных красителей [1, 4, 11]. Активные лазерные среды были по- лучены на основе структур, организованных на наноуровне, к кото- рым относятся композитные золь—гель-стёкла и силикагели с ин- корпорированными люминофорами [1—3, 5, 6, 7, 9]. Одними из наиболее распространённых способов формирования наносистем являются коллоидно-химические методы благодаря воз- можности контроля синтеза на любой стадии и варьирования хими- ческого состава. Наносистемы перспективны для создания новых материалов, обладают уникальными физическими и химическими свойствами, зависящими от размеров их составных элементов и структурной организации. Преимуществом золь—гель-матриц (си- ликагелей, золь—гель-стёкол) является проведение синтеза при ком- натной температуре, они обладают высокой прозрачностью, химиче- ской стойкостью, возможностью создания различных форм: моноли- ты [1, 2, 8, 12, 13], стёкла [3, 4, 8, 9, 10, 14, 15], тонкие плёнки [16] и волокна [4]. Созданы твердотельные матрицы для лазеров на краси- телях, перестраиваемых во всем оптическом диапазоне спектра, све- товоды и активные элементы для нелинейной оптики и фотоники [1, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ SiO2 C ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ 929 2, 8]. Золь—гель-метод даёт возможность получать однокомпонент- ные или многокомпонентные стекла при температурах ниже темпе- ратуры плавления, а также создавать гибридные материалы на осно- ве органических и неорганических составляющих. Процесс приготовления SiO2-матриц включает гидролиз и поли- конденсацию тетраметокси- или тетраэтоксисиланов (TEOS) в вод- но-спиртовой смеси с использованием кислоты в качестве катали- затора реакции [4, 17, 18]. В результате получается золь, вследствие процесса гелеобразова- ния золь превращается в гель, а после высушивания образуется ксе- рогель с порами нанометровых размеров [1]. При инкорпорировании органических красителей в SiO2-матрицу они равномерно встраива- ются в нанометровые поры, что приводит к снижению ассоциации органических молекул [9, 12, 13]. В результате в золь—гель- неорганической матрице фотостабильность красителей может уси- ливаться по сравнению с полимерными средами, такими как поли- метилметакрилат [1]. Введение органических активных добавок в золь—гель-матрицы исключает возможность использования высоко- температурной обработки. Поэтому органические люминофоры вво- дят в отожжённые до 550—600°С микропористые ксерогели [4, 8, 9] и в силикагели на стадии образования золя с последующим высушива- нием при температуре 60°С [1, 2, 12, 13]. В последнем случае дости- гается более равномерное распределение красителя в образце. В си- ликагелях в отличие от пористых стёкол отсутствуют неоднородно- сти размером больше длины волны видимого света [7]. Активиро- ванные красителем силикагели сочетают в себе преимущества твер- дотельных и жидкостных лазерных сред и могут быть использованы в перестраиваемых импульсно-периодических лазерах с когерентной накачкой. Высокое термооптическое качество силикагелей обуслов- лено большей, чем у жидкостей, теплопроводностью (0,9 Вт⋅м—1⋅К−1 у силикагелей и 0,3 Вт⋅м—1⋅К—1 у этанола) [7]. Композитные материалы получают инкорпорированием флюоресцирующих молекул в нано- структурные матрицы путём одностадийного золь—гель-синтеза. При синтезе силикагельных матриц с флюоресцирующими кра- сителями используют как классический синтез в кислой среде [12], так и синтез с добавками, контролирующими процесс сушки, таки- ми, как формамид (FA) [1, 2]. Однако не ясно, какая SiO2-матрица с красителем, синтезированная без FA или с его добавлением имеет преимущества для получения генерации. Поэтому представляет интерес синтезировать силикагельную SiO2-матрицу с инкорпори- рованными молекулами флюоресцирующих красителей с исполь- зованием FA и без него и исследовать её спектральные свойства. Объектами исследования были образцы силикагелей на основе SiO2, полученные путём медленного высушивания геля с мелкими пора- ми, заполненными красителями и FA. 930 О В нас компоне полученн ми родам компоне (Rh6G) д спектрал ресценци натриево 2. ЭКСП Для синт ли TEOS (х.ч.) и б качестве растворы Москва) Проце лиз TEO ния золя ции во в стве доба красител сле доба работе к О. Н. БЕЗКР стоящей ра ентов реакц ных золь— миновых к ентов при с для получе льные свой ия в SiO2- ой соли 1, 3 ПЕРИМЕНТ теза силик S (Aldrich), бидистилли е флюоресц ы красител , родамина есс пригото OS в водно- я. Кислоту се золь—ге авки, конт ли вводили авления эта расителей РОВНАЯ, И. М аботе изуч ции на про —гель-метод красителей синтезе си ния генера йства краси -матрице п 3, 6, 8-пире ТАЛЬНАЯ кагелей в ка , дополнит ированную цирующей лей Rh6G (д а 800 (Rh80 овления зо -спиртовом у HNO3 доб ль-матриц тролирующ и в реакци анола. Стр представл Рода Родам М. ПРИТУЛА чено влиян озрачность дом, с инк й. Подобра иликагельн ации. Изуч ителей. Ис при увели ентетрасул Я ЧАСТЬ ачестве исх тельно очи ю воду. На добавки в для кванто 00, Aldrich оль—гель-м м растворе бавляли в цы, а FA вв щей процес ионную сме руктурные лены ниже амин 6G (R мин 800 (R А, В. М. ПУЗ ние моляр SiO2-матри корпориров но оптима ной матриц чено влиян сследована ичении ко льфоновой к ходного ре щенный эт стадии пр образцы в овой элект ) и PTSA (A матриц вкл азотной к качестве к водили в ря сс сушки. Ф есь в этано е формулы : Rh6G) Rh800) ЗИКОВ и др. рного соот иц на осно ванными м льное соот цы с родам ие SiO2-мат эксимерна нцентраци кислоты (P актива исп тиловый сп иготовлени водили эта роники, Н Aldrich). лючал в себ кислоты до катализато яд образцо Флюоресци льном раст использов тношения ове TEOS, молекула- тношение мином 6G трицы на ая флюо- ии тетра- PTSA). пользова- пирт, FA ия золя в анольные НИОПИК, бя гидро- о получе- ора реак- ов в каче- ирующие творе по- ванных в АКТИВНЫ 1, 3, 6 Смесь ремешив Синтези трубки, образцы течение матриц у концент матрицы Rh800 и рованы S цов SiO2 ческих р ских вес Спект ре Lamb 1100 нм осуществ USA). Ра контроли скопа EM при 550° щим обр (х.ч.) с а торе УЗД способст Возбу речной с был обра циентам Возбужд лампово ЫЕ СРЕДЫ НА 6, 8-пирентет ь TEOS/эта вали с пом рованный герметизи ы открывал семи дней уменьшал рации кра ы с инкор и PTSA с ис SiO2-матри -матриц с размеров (с сах ВЛР-20 ры поглощ da 35 (Per . Измерени влялась на азмер нано ировали с M-125. Для °С ксерогел разом: к об азотной кис ДН-А. Хло вовал созда ждение ге схеме в лаз азован ши ми отражен дение раст ой накачко А ОСНОВЕ SiO2 трасульфоно анол (крас мощью маг золь пер ировали и ли и сушил й при 60°С. ся в 10—14 асителя. Н порирован спользован ицы с Rh6G FA, опреде с точностью 00, состави щения образ rkin—Elmer ие спектро а флюорим очастиц SiO помощью я измерени ля SiO2, пол бразцу доб слотой и об орид бария анию контр енерации в зерной при ирокополос ния в обл творов осущ ой (ЛКЛН 2 C ИНКОРПОР овая кислота ситель)/HN нитной ме реливали в оставляли ли в течени . После вы 4 раз с соо Нами был нными мол нием FA (р G без FA. К елённая пу ю 0,1 мм) и ила 1,2—1,4 зцов регист r, USA) в с ов флюорес метре Fluo O2, образую электронн ий на микр лученного бавляли 0, брабатывал я, адсорбир растности и в SiO2-матр иставке. Ре сными пло ласти генер ществляло Н) [19]. Эта РИРОВАННЫ а тетранатри NO3/H2O/F ешалки в т в пластик и до образо ие 3—4-х н ысушивани ответствую ли получен лекулами рис. 1). Бы Кажущаяс утём измер и взвешива 4 г/см 3. трировали спектральн сценции и roMax-4 (H ющих стру ного просве роскопе обр с FA, подго 1%-й раст ли ультраз руясь на п изображени рице произ езонатор л оскими зер рации R1 ≈ ось лазером анольный ЫМИ МОЛЕКУ иевая соль (P FA(или без течение дву овые кюв ования гел недель при я объем зо щим возра ны золь—г красителе ыли также ся плотнос рения их г ания на ан на спектро ном диапаз квантовог Horiba Job уктуру сил ечивающег разец отож отавливали твор хлори звуком на д оверхности ия. зводилось азерной пр ркалами с ≈ 40% и R м на крас раствор к УЛАМИ 931 PTSA). з FA) пе- ух часов. веты или ля. Затем 30°С и в оль—гель- астанием гель-SiO2- ей Rh6G, синтези- сть образ- геометри- налитиче- офотомет- зоне 200— го выхода bin Yuon, ликагеля, го микро- жжённого и следую- ида бария дисперга- и частиц, по попе- риставки коэффи- R2 ≥ 95%. ителях с кумарина 932 О C314 исп марина С гией до 2 ла Δλp/2 Излучен цевой л < 0,5 мм плоскоп лировал ЛКЛН и основе к фотограф 3. РЕЗУ На проц шение к контрол также т температ перехода разцов в стадии с ния. Ме верхност ствует б молекул Рис. 1. Si ванная с высушив О. Н. БЕЗКР пользовалс С314 генер 250 мДж. П ≤ 3 нм, а ние лазера инзой (F = вдоль оси араллельн ась с пом и лазерной амеры УФ фировалис ЛЬТАТЫ цесс гелеоб компоненто ьных осуш температур туры от 20 а золя в ге вследствие синтеза зо еханизм де ти частиц большое чи л воды вод iO2-матрица с FA при м вался при 60 РОВНАЯ, И. М ся в качест рировал из При этом п длительно накачки ф = 110 мм) и резонатор ной пласти мощью изм й приставк Ф-90 с дифр сь фотоапп И ИХ ОБС бразования ов: TEOS, шающих д ра синтеза 0—25°С до 4 ель. Однако агрегации ля значит ействия FA силикагел исло ≡Si—O дородными а с красите молярном с 0°С в течен М. ПРИТУЛА тве активн злучение н полуширин ость импул фокусиров на SiO2-м ра. Часть ины из стек мерителя И ке регистри ракционной паратом Can СУЖДЕНИ я оказывае воды, кис обавок так а и гелеоб 40°С сокра о при этом и частиц си тельно уме A обусловл ля. На пове OH-связей и связями елем Rh800 соотношени ние недели. А, В. М. ПУЗ ной среды Л а длине во на спектра льса ∼ 1,5 м валось цил матрицу в энергии на кла К8 отв ИМО-2. Сп ировались й решёткой non EOS 40 ИЕ ет влияние слоты и эт ких, как F разования ащается вр м снижаетс иликагеля. еньшает вр лен вытесн ерхности ч й, что прив в SiO—H- (2,1⋅10—4 м ии n(H2O/TE ЗИКОВ и др. ЛКЛН. Рас олны 506 н а накачки с мкс по уро индрическ в полоску акачки с п водилась и пектры из спектрогр й 1200 штр 00D. е молярное танола, доб FA [1, 2, 1 . При пов емя, требу ся прозрач . Добавлен ремя гелео нением во частиц SiO2 водит к ад ---OH2-сист оль/дм3), си EOS) = 16,8 створ ку- нм с энер- составля- овню 0,5. кой квар- высотой помощью и контро- злучения рафом на рих/мм и е соотно- бавление 17, 18], а вышении уемое для чность об- ние FA на образова- оды с по- 2 присут- дсорбции теме [17, интезиро- . Образец АКТИВНЫ 18]. Суш в нескол Для о геля и к ещё неза На элект SiO2, обр Переход ственной увеличи модейств ду ними Гель фор ных и ме ных гру ваться д основной кагелей дит к си геля, си 600°С, о (рис. 2, б то в резу геля. Об сравнени Наши SiO2-мат рах [21]. Рис. 2. Ф матрицы ЫЕ СРЕДЫ НА шка до пост лько раз бы оценки раз ксерогеля, астывшего тронных м разующих д золя в г й структур ваться [20 вия молек и поперечн рмируется ежмицелл упп. При ф до 7% нан й массы на водородны инерезису – интезирова образован с б). Поскол ультате отж ъём образц ию с SiO2-м и исследов трицах наб . Такие обр а Фото TEM: , синтезиро А ОСНОВЕ SiO2 тоянной ма ыстрее, чем змеров нан методом Т силикагел микрофотог гель, в ос гель сопро ры из части 0]. Гелеобр ул поликр ых «сшив из мицелл ярных вод формирова ночастиц с аночастиц ые связи п – удалени анного с и соприкасаю ьку у FA т жига до 60 ца в резуль матрицей, в ания пока блюдается разцы посл : гель, син ованный с F 2 C ИНКОРПОР ассы (при 6 м без него. ночастиц S ТЕМ были ля и отожж графиях в сновном со овождается иц, размеры разование н ремниевых вок» в ходе л путем об дородных с ании струк размерам [20]. При переходят в ию раствор использова ющимися температур 00°С он был ьтате отжи высушенн азали, что мономери ле их высуш нтезированн FA и отожж РИРОВАННЫ 60°С) образ SiO2, образ и проанали жённого пр идно, что оставляет я формиро ы которых наступает х кислот с о е реакции бразования связей при ктуры геля ми, превыш дальнейш в силоксан рителя из г нием FA частицами ра кипения л полность ига уменьш ой при 60° о в синтези изация кра шивания н б ный без FA жённый при ЫМИ МОЛЕКУ зцов с FA п зующих ст изированы ри 550°С кс размер нан 3—6 нм (ри ованием п х со времен в результа образовани поликонд я внутрими участии с я может о шающими шем старен новые, и эт геля. Скел и отожжён и размером я составляе ью удалён и шился в 2,6 С. ированных асителя Rh не подверж A (а); обра и 550°С (б). УЛАМИ 933 проходит труктуру образцы серогеля. ночастиц ис. 2, а). простран- нем могут ате взаи- ием меж- денсации. ицелляр- иланоль- образовы- размеры нии сили- то приво- лет ксеро- нного до м 3—5 нм ет 210°С, из ксеро- 6 раза по х без FA h6G в по- жены раз- азец SiO2- 934 О. Н. БЕЗКРОВНАЯ, И. М. ПРИТУЛА, В. М. ПУЗИКОВ и др. рушению в отличие от SiO2-матриц, не содержащих красителя. Од- нако нами было замечено, что добавление FA в золь на стадии син- теза SiO2-матрицы способствует возникновению значительно более интенсивной флюоресценции Rh6G по сравнению с SiO2-матрица- ми, синтезированными без FA. Последние образцы не генерирова- ли. Отметим, что спектральная прозрачность матриц обоих типов была примерно одинакова в области генерации Rh6G. Чистая SiO2-матрица, синтезированная с FA, имеет 88% пропус- кание на длине волны 576 нм. Введение в матрицу красителя Rh6G способствует снижению пропускания до 80% и 73% (рис. 3, а). Зна- чительно влияет на прозрачность SiO2-матриц увеличение концен- трации красителя Rh800 (рис. 3, б). Пропускание образцов SiO2- матриц с Rh800 на длине волны 780 нм составляет 86%, 75% и 64% при молярном соотношении n(Rh800/TEOS) 1,5⋅10 −5, 3,7⋅10 −5 и 7,5⋅10 −5 соответственно. В результате исследования SiO2-матриц, содержащих FA и краси- тели Rh6G (или R800), при различном молярном соотношении n(H2O/FA) было замечено, что образцы с n(H2O/FA) = 4,4 проходили этап образования геля и его старения значительно быстрее, чем при n(H2O/FA) = 8,8. Однако высушивание образцов с меньшим содер- жанием воды приводило к ухудшению их прозрачности по сравне- нию с SiO2-матрицами, синтезированными при соотношении n(H2O/FA) = 8,8. Пропускание такой SiO2-матрицы с Rh6G на длине волны 600 нм составляет 57%, а пропускание SiO2-матрицы с Rh800 а б Рис. 3. Спектры пропускания: SiO2-матриц, синтезированных с FA без до- бавления красителей (1) и с Rh6G (а) и Rh800 (б) при молярном соотноше- нии: n(Rh6G/TEOS): 1,90⋅10 −7 (2), 9,5⋅10 −7 (3), 5,72⋅10 −6 (4), 3,18⋅10 −5 (5), 3,18⋅10 −5 (6); n(Rh800/TEOS): 1,5⋅10 −5 (1′), 3,7⋅10 −5 (2′), 7,5⋅10 −5 (3′), 7,5⋅10 −5 (4′) (а); SiO2-матрицы, синтезированной без FA при n(Rh6G/TEOS) = 4,8⋅10—5 (7) (б). Образцы 1—5 и 1′—3′ выполнены при молярном соотношении n(H2O/FA) = 8,8, а образцы 6 и 4′ – при n(H2O/FA) = 4,4. Все образцы высу- шены при 60°С в течение недели. АКТИВНЫЕ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ SiO2 C ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ 935 на длине волны 780 нм – 36% (рис. 3). Снижение прозрачности свя- зано с увеличением концентрации FA при внесении в реакционную смесь меньшего количества воды. В результате при формировании геля имеет место агрегация наночастиц SiO2 с увеличением их разме- ра, что влияет на снижение прозрачности таких образцов. Поэтому SiO2-матрицы с красителями мы синтезировали при n(H2O/FA) = 8,8. При температуре сушки 60°С часть молекул FA остаётся в микро- порах матрицы. Красители адсорбируются на поверхности частиц SiO2, концентрируются в порах и в остаточных микрокаплях FA. Внутренняя поверхность энергетически неоднородна из-за наличия нескольких типов силанольных ОН-групп (свободная ОН-группа, связанная с молекулой воды, реакционноспособная и т.д.) [22]. Кро- ме ОН-групп в адсорбционных процессах участвуют и поверхностные силоксановые группы Si—O—Si. Присутствующая в силикагеле вода удерживается в нём в результате взаимодействия с поверхностными силанольными группами и за счёт капиллярной конденсации. По мере увеличения степени сопряжения в люминофоре наблю- дается длинноволновый сдвиг спектра флюоресценции. Полоса флюоресценции красителя Rh800 расположена на более длинных волнах, чем у Rh6G. В спектре поглощения красителя Rh800 (2,1⋅10—4 моль/дм 3) в SiO2-матрице наблюдаются два максимума – 690 нм (основной максимум) и менее интенсивный на 630 нм. Мак- симум полосы флюоресценции расположен на 720 нм (рис. 4). В растворе этанола для Rh800 (1⋅10—5 моль/л) были получены соответ- ствующие максимумы поглощения: 683 нм и 624 нм. Батохромный сдвиг максимума поглощения Rh800 в SiO2-матрице по сравнению со спиртовым раствором может быть обусловлено усилением взаи- Рис. 4. Спектры поглощения и флюоресценции Rh800 (2,1⋅10—4 моль/дм3) в SiO2-матрице при молярном соотношении n(H2O/FA) = 8,8. Образец был высушен при 40°С в течение недели. 936 О. Н. БЕЗКРОВНАЯ, И. М. ПРИТУЛА, В. М. ПУЗИКОВ и др. модействия между органической молекулой и матрицей по сравне- нию с чистым растворителем. При изменении концентрации Rh6G от 2,4⋅10—7 моль/л до 7,09⋅10—6 моль/л в свежеприготовленном золе SiO2 величина максимума по- глощения (532 нм) увеличивается линейно с повышением концен- трации красителя. Максимум мономерной полосы красителя Rh6G (S0 → S1 переход) составляет 532 нм (рис. 5). Такое же положение пика характерно как для Rh6G в спирте, так и в только что застыв- шем силикагеле, поскольку молекулы Rh6G в пропитанных жидко- стью силикагелях находятся в сольватной оболочке молекул раство- рителя. В высушенной при 60°С SiO2-матрице наблюдается сдвиг максимума поглощения Rh6G на 3 нм в коротковолновую область. Для определения величины квантового выхода для Rh6G в образ- це были записаны исправленные спектры флюоресценции Rh6G в SiO2-матрице, приготовленной с FA, и в этаноле. Максимум полосы флюоресценции составил 553 нм в обоих случаях. По методике, приведённой в [23], рассчитывали квантовый выход Rh6G в SiO2- матрице относительно этанольного раствора Rh6G, имеющего q0 = 0,95 [24]. Без учёта разницы коэффициентов преломления эта- нола и силикагеля получено значение q ∼ 0,94 с погрешностью из- мерений 10%. Таким образом, Rh6G, введённый в золь—гелевую матрицу, имеет такой же квантовый выход, как и в растворе этано- ла. Высокому квантовому выходу Rh6G способствует жёсткая плоскостная конфигурация молекулы [22]. При накачке излучением ЛКЛН с энергией ∼ 90 мДж был достиг- нут порог генерации образца SiO2-матрицы с концентрацией Rh6G Рис. 5. Спектры поглощения (1, 2) и флюоресценции (3, 4). Rh6G в 1,26⋅10 −5 M этанольном растворе (2), 1,26⋅10 −5 моль/дм3 Rh6G в SiO2- матрице (2) и в SiO2-матрице 2,20⋅10—6 моль/дм3 Rh6G (60°С) (3), спектр генерации SiO2-матрицы с 6,38⋅10 −4 моль/дм3 Rh6G (4). АКТИВНЫ 6,38⋅10—4 иммерси спектр ге а на рис. Велич Rh6G со матрице 6G в мат твор так чения Si Увеличе Рис. 6. С 6,38⋅10—4 линии рт излучени ЫЕ СРЕДЫ НА 4 моль/дм 3 ионную жи енерации э 6, б реперн чина обратн оставляла ∼ е составила трице генер ой же конц iO2-матриц нная расхо Спектр гене моль/дм3 тути (б) и ием He—Ne-л А ОСНОВЕ SiO2 , помещён идкость (эти этого образ ные линии ной диспер ∼ 6,3 Å/мм а 575,7 нм, рирует в то центрации цы на экра одимость л рации обра при накачк пятно излу лазера. 2 C ИНКОРПОР нного в рез иленглико зца при нак и ртути. рсии спект м. Длина во а полушир ой же обла и. На рисун ане вместе луча в верти а б в азца SiO2-м ке его энер учения SiO РИРОВАННЫ онатор лаз оль). На рис качке его эн трографа в олны генер рина спект асти, что е нке 6, в при с излучен икальной п атрицы с к ргией ∼ 120 O2-матрицы ЫМИ МОЛЕКУ зерной при сунке 6, а п нергией ∼ 1 области ге рации Rh6 тра 2,2 нм. го этаноль иведено пят ием He—N плоскости с концентраци мДж (а), на экране УЛАМИ 937 иставки в приведён 120 мДж, енерации 6G в SiO2- Родамин ьный рас- тно излу- Ne-лазера. связана с ией Rh6G реперные вместе с 938 О. Н. БЕЗКРОВНАЯ, И. М. ПРИТУЛА, В. М. ПУЗИКОВ и др. фокусировкой излучения накачки в узкую полоску вдоль оси резона- тора лазерной приставки. Были также получены SiO2-матрицы с PTSA, флюоресцирующие на более коротких волнах, чем образцы с родаминовыми красителями. В спектрах флюоресценции водных растворов и в SiO2-матрицах, со- держащих люминофор PTSA, наблюдается понижение интенсивности флюоресценции с ростом концентрации PTSA (рис. 7, а, б). Причём, с увеличением концентрации люминофора до 2,5·10—2 моль/л в водном растворе наряду с основной полосой, имеющей максимум при 403 нм, появляется дополнительная полоса с максимумом на 518 нм. Эта до- полнительная полоса обусловлена образованием флюоресцирующих эксимеров молекул PTSA при одновременном ослаблении мономоле- кулярной флюоресценции. Хорошо заметна полоса эксимерной флю- оресценции водного раствора PTSA при концентрации PTSA 2,5⋅10—2 моль/дм3, а при содержании 1⋅10—3 моль/дм 3 PTSA полоса эксимерной флюоресценции ещё не проявляется. В тоже время, при концентра- ции этого люминофора в SiO2-матрице 1,04⋅10—3 моль/дм 3 появляется дополнительная полоса с максимумом при 518—520 нм. Это связано с концентрированием люминофора в порах силикагеля и на поверхно- сти наночастиц SiO2. Известно, что для соединений пиренового ряда наблюдается яв- ление фотодимеризации с излучением [25]. Наряду с обычным само- тушением, т.е. уменьшением интенсивности коротковолновой структурной полосы флюоресценции при повышении концентрации (до 10—2 моль/л и больше), появляется и усиливается новая длинно- а б Рис. 7. Спектры флюоресценции водных растворов PTSA (а) и SiO2-матриц с PTSA и FA (б) c концентрацией PTSA: 2,5⋅10—2 моль/л (1), 1⋅10—3 моль/л (2), 5⋅10—4 моль/л (3), 2,5⋅10—4 моль/л (4), 5⋅10—5 моль/л (5) и 1,04⋅10—3 моль/дм3 (1′); 1,07⋅10—4 моль/дм 3 (2′); 2,1⋅10—4 моль/дм 3 (3′). Все образцы SiO2-матриц с PTSA высушены при 60°C. АКТИВНЫЕ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ SiO2 C ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ 939 волновая полоса в спектре флюоресценции. В спектре поглощения при этом нет полосы, связанной с образованием димера производ- ных пирена. Новая полоса флюоресценции обусловлена образовани- ем нестабильного димера, так называемого эксимера, существую- щего только в возбуждённом состоянии и распадающегося самопро- извольно с излучением [25—28]. Спектры излучения эксимера сдви- нуты в сторону больших длин волн по отношению к спектру моно- мера, так как при ассоциации двух молекул энергетический уровень системы понижается по отношению к их исходному уровню. Бес- структурный вид полосы излучения эксимера обусловлен тем, что конечный уровень отвечает не стабильному состоянию, а распаду димера на составляющие молекулы. Центры, ответственные за флюоресценцию эксимера, образуются за время жизни синглетного возбуждённого состояния [25]. Подобное образование внутримоле- кулярных эксимеров производных пирена наблюдалось в плёнках Ленгмюра—Блоджетт [26] и в золь—гель-матрицах [27, 28]. 4. ВЫВОДЫ Получены SiO2-матрицы с люминофорами Rh6G, Rh800 и PTSA, флю- оресцирующие в широком спектральном диапазоне. На прозрачность синтезированных с FA образцов SiO2-матриц, содержащих родамино- вые красители, оказывает влияние молярное соотношение вводимых компонентов n(H2O/FA). При увеличении этого соотношения от 4,4 до 8,8 увеличивается пропускание света образцами в связи с образовани- ем силикагелей с менее агрегированными частицами SiO2. Изучено влияние силикагельной матрицы на спектральные свой- ства красителей. Добавление FA в золь на стадии синтеза SiO2- матрицы способствует возникновению значительно более интенсив- ной флюоресценции Rh6G по сравнению с SiO2-матрицами, синтези- рованными без FA. Концентрирование PTSA в порах силикагеля и на поверхности наночастиц SiO2 приводит к появлению эксимерной флюоресценции при одновременном подавлении спектра мономоле- кулярной флюоресценции. Показано, что квантовый выход Rh6G, введённого в SiO2-матрицу примерно такой же, как и в растворе этанола (qср ≈ 0,94±10%). При накачке излучением ЛКЛН с энергией ≥ 90 мДж был достигнут порог генерации SiO2-матрицы с Rh6G. Длина волны генерации Rh6G в SiO2-матрице составила 575,7 нм, а полуширина спектра – 2,2 нм. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. F. Salin, G. Le Saux, P. Georges et al., Optics Letters, 14, No. 14: 785 (1989). 2. M. Sharma, D. Mohan, R. D. Singh et al., Optical Materials, 30: 1273 (2008). 3. Р. Т. Кузнецова, Г. В. Майер, Ю. А. Манекина и др., Квантовая элек- 940 О. Н. БЕЗКРОВНАЯ, И. М. ПРИТУЛА, В. М. ПУЗИКОВ и др. троника, 37, № 8: 760 (2007). 4. R. Gvishi, U. Narang, and G. Ruland, Applied Organometallic Chemistry, 11: 107 (1997). 5. D. Luo, X. W. Sun, H. T. Dai et al., J. of Applied Physics, 108, No. 1: 013106 (2010). 6. L. Cerdan, A. Costela, I. Garcia-Moreno et al., Applied Physics B, 97, No. 1: 73 (2009). 7. Г. Б. Альтшулер, В. А. Баханов, Е. Г. Дульнева и др., Оптика и спек- троскопия, 62, № 6: 1201 (1987). 8. E. Yariv, S. Schultheiss, T. Saraidarov et al., Optical Materials, 16: 29 (2001). 9. E. Yariv, R. Reisfeld, T. Saraidarov et al., J. of Non-Crystalline Solids, 305: 354 (2002). 10. R. Reisfeld, J. of Fluorescence, 12, No. 3/4: 317 (2002). 11. J. B. Benedict, P. M. Wallace, and P. J. Reid, Adv. Mater., 15, No. 13: 1068 (2003). 12. A. P. Rao and A. V. Rao, Science and Technology of Advanced Materials, 4: 121 (2003). 13. A. Anedda, C.M. Carbonaro, R. Corpino et al., J. of Non-Crystalline Solids, 353, No. 5—7: 481 (2007). 14. И. И. Ганина, Ю. Н. Велихов, В. К. Клочков и др., Наноструктурное материаловедение, № 1: 19 (2009). 15. T. A. Blank, I. I. Ganina, Yu. V. Malukin et al., Functional Materials, 16, No. 4: 517 (2009). 16. Г. Е. Малашкевич, Е. Н. Подденежный, И. М. Мельниченко и др., Физи- ка твердого тела, 40, № 3: 466 (1998). 17. N. N. Khimich, Glass Physics and Chemistry, 30, No. 1: 107 (2004). 18. N. N. Khimich, Glass Physics and Chemistry, 30, No. 5: 430 (2004). 19. М. И. Дзюбенко, В. В. Маслов, В. П. Пелипенко и др., Ж. прикл. спек- троскопии, 71, № 3: 398 (2004). 20. Н. А. Шабанова, В. В. Попов, П. Д. Саркисов, Химия и технология нанодисперсных оксидов (Москва: Академкнига: 2007). 21. O. N. Bezkrovnaya, I. M. Pritula, V. V. Maslov et al., Functional Materials, 17, No. 4: 433 (2010). 22. О. Б. Рудаков, В. Ф. Селеменев, Физико-химические системы сорбат- сорбент-элюент в жидкостной хроматографии (Воронеж: РИЦ ВГУ: 2003). 23. С. Паркер, Фотолюминесценция растворов (Москва: Мир: 1972). 24. R. F. Kubin and A. N. Fletcher, J. Luminescence, 27: 455 (1982). 25. А. Н. Теренин, Фотоника молекул красителей и родственных органиче- ских соединений (Ленинград: Наука: 1967). 26. N. Sadovskii, P. Shirov, M. Kuzmin et al., Thin Solid Films, 204: 441 (1991). 27. K. Matsui and N. Usuki, Bull. Chem. Soc. Jpn., 63: 3516 (1990). 28. E. Miller and D. Jozwik-Styczyska, Spectrochimica Acta. Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 72, No. 2: 312 (2009).
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-73183
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:34:51Z
publishDate	2010
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	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. 2015-01-05T20:10:30Z 2015-01-05T20:10:30Z 2010 Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты / О.Н. Безкровная, И.М. Притула, В.М. Пузиков, В.В. Маслов, М.И. Колыбаева, Ю.А. Гуркаленко, О.М. Вовк, А.В. Лопин, А.Г. Плаксий // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2010. — Т. 8, № 4. — С. 927-940. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 68.37.Lp, 78.20.Ci, 78.55.Mb, 78.67.Ve, 81.07.Pr, 81.20.Fw, 82.70.Gg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73183 Золь—гель-методом синтезированы SiO₂-матрицы с инкорпорированными молекулами флюоресцирующих красителей. Прозрачность образцов зависит от молярного соотношения воды и формамида. Изучено влияние силикагельной матрицы на возникновение эксимерной флюоресценции тетранатриевой соли 1, 3, 6, 8-пирентетрасульфоновой кислоты. Определён порог генерации SiO₂-матрицы с родамином 6G. Длина волны генерации родамина 6G в SiO₂-матрице составила 575,7 нм, а полуширина спектра – 2,2 нм. Золь—ґель-методою синтезовано SiO₂-матриці з інкорпорованими молекулями флюоресцівних барвників. Прозорість зразків залежить від молярного співвідношення води і формаміду. Вивчено вплив силікаґельної матриці на виникнення ексимерної флюоресценції тетранатрійової солі 1, 3, 6, 8-пірентетрасульфонової кислоти. Визначено поріг ґенерації SiO₂-матриці з родаміном 6G. Довжина хвилі ґенерації родаміну 6G в SiO₂-матриці склала 575,7 нм, а півширина спектру – 2,2 нм. SiO₂-matrices with incorporated molecules of fluorescent dyes are synthesized by a sol—gel method. Transparency of the samples depends on the molar ratio of water and formamide. The influence of silica gel matrix on the appearance of excimer fluorescence of 1, 3, 6, 8-pyrenetetrasulfonic acid tetrasodium salt is studied. The lasing-action threshold of SiO₂-matrix with rhodamine 6G is determined. The lasing peak of rhodamine 6G in SiO₂-matrix is 575.7 nm; the half-width equals 2.2 nm. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты Article published earlier
spellingShingle	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты 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.
title	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
title_full	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
title_fullStr	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
title_full_unstemmed	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
title_short	Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
title_sort	активные среды на основе sio₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/73183
work_keys_str_mv	AT bezkrovnaâon aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT pritulaim aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT puzikovvm aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT maslovvv aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT kolybaevami aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT gurkalenkoûa aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT vovkom aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT lopinav aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty AT plaksiiag aktivnyesredynaosnovesio2cinkorporirovannymimolekulamirodaminovipirentetrasulʹfonovoikisloty

Активные среды на основе SiO₂ c инкорпорированными молекулами родаминов и пирентетрасульфоновой кислоты

Institution

Similar Items