CC BY
73
90
Исследование морфологии и фотолюминесцентных свойств композитов на основе поливинилиденфторида
и комплекса европия ЕиК29
М. А. Рамазанов3, А. Р. Садыговаь, Ф. В. Гаджиева3
aБакинский государственный университет, ул. З. Халилова, 23, г. Баку, AZ-1148, Азербайджанская Республика, e-mail: [email protected], mamed [email protected] ьИнститут физики НАН Азербайджана, пр. Г. Джавида, 33, г. Баку, АZ-1143, Азербайджанская Республика
Приведены результаты исследования морфологии и фотолюминесцентных свойств композитов на основе поливинилиденфторида и комплекса европия ЕиЯ29. Установлено, что с увеличением концентрации комплекса европия в ПВДФ изменяется морфология, то есть на поверхности образцов меняются структурные элементы. Показано, что при высоких содержаниях EuR29 происходит измельчение структурных элементов композиций. Исследование фотолюминесцентных свойств композиции ПВДФ+EuR^ показало, что с увеличением концентрации EuR29 появляются новые максимумы при длине волн 492, 502, 533 нм, связанные с комплексом европия.
Ключевые слова: композиционные структуры, поливинилиденфторид, комплекс европия, фотолюминесценция.
УДК 537.226.83
ВВЕДЕНИЕ
При выполнении определенных условий органические полимеры становятся перспективными материалами для фотоники и лазерной оптики. Реализация лазерного эффекта и передача светового сигнала по пластиковым волокнам могут осуществляться только в полимерах с высокой прозрачностью и стабильностью к действию света в заданном диапазоне длин волн [1, 2]. Прозрачность любого материала зависит не только от спектра поглощения, химического строения и состава, наличия посторонних примесей, но и от его способности рассеивать свет. Именно из-за значительно большей опалесценции (по сравнению с неорганическими стеклами) полимеры находят ограниченное применение в волоконной оптике и оптических системах формирования изображения высокого разрешения. Поиск новых полимерных матриц, легированных редкоземельными примесями и способных удовлетворять самым разным требованиям в зависимости от их применения, остается одной из главных задач современной оптоэлектроники и сенсорной техники. Для целого ряда практических применений данных материалов можно использовать яркую люминесценцию ионов Eu3+, возникающую при возбуждении 5D0 ^ 7Fj-перехода в красной области спектра [3-7]. В то же время в данной ситуации важно изучить механизмы релаксации энергии возбуждающего излучения и роль матрицы в этих процессах, чтобы затем целена-
правленно использовать люминесцентные свойства полученного материала. Рассмотрение этих вопросов, несомненно, представляет фундаментальный интерес, поскольку затрагивает проблему механизмов излучательной и безызлучательной релаксации энергии в металлоорганических комплексах, которые при этом сами могут находиться в химическом контакте с элементами полимерной матрицы (например, с оборванными связями, OH-группами и т.д.) [8-9].
Цель настоящей работы - получение новых композитных материалов на основе поливи-нилиденфторида и комплекса европия EuR29, исследование их морфологии и формирование фотолюминесценции в данных композитах.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В данной работе были изучены морфология и фотолюминесцентные свойства композитов на основе поливинилиденфторида (ПВДФ) и комплекса европия ЕuR29. Химическая структура комплекса европия показана ниже:
© Рамазанов М.А., Садыгова А.Р., Гаджиева Ф.В., Электронная обработка материалов, 2013, 49(6), 90-93.
91
Рис. 1. АСМ изображения композитов ПВДФ+EuR^, полученных при различных концентрациях EuR29. г Ц>л;п|ц Calitam) IMIWIWtiinf Spa2un| Qatbdm)
Ihdij- I iHL^tr PVDF+3%EuRs ilnigran PVDF-l-KFiiEulHj,
50 11)0 I5D 200 250 300
Z. nm
50
100 150
Z, nm
200
250
Рис. 2. Анализ свойств поверхности и гистограмма значений элементов изображений композитов ПВДФ+ЕиЯ29, полученных при различных концентрациях EuR29.
Были изготовлены смеси порошков ПВДФ и ЕиЯ29 в разных соотношениях компонентов. Затем из этих смесей методом горячего прессования (при температуре плавления полимерной матрицы и под давлением 15 МПа) в течение 10 мин получили композиты ПВДФ+ЕиЯ29 в виде пленок. Изготовленные пленки помещали в смесь лёд-вода и охлаждали со скоростью 30 град/мин. Спектры флуоресценции исследовались на спектрофлуориметре марки Cary Eclipse. Рельефы образцов композитов ПВДФ+ +ЕиЯ29, полученных при различных объемных содержаниях комплекса европия методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), изучались на
приборе марки Integra Prima. Все измерения проводились при комнатной температуре.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 приведены АСМ изображения композитов ПВДФ+EuR^, полученных в режимах лёд-вода со скоростью охлаждения 30 град/мин. Согласно АСМ исследованию рельефа образцов композитов ПВДФ+EuR^, полученных при различных концентрациях EuR29, на поверхности образцов меняются структурные элементы композитов. Так при высоких содержаниях EuR29 происходит измельчение структурных элементов. На рис. 2 показаны анализ свойств поверхности и
92
гистограмма значений элементов изображений композитов ПВДФ+БиЯ29, полученных при различных концентрациях EuR29. Так, среднеквадратичная шероховатость поверхности композиций ПВДФ+EuR^ в зависимости от концентрации меняется, то есть для образцов ПВДФ+ +3%EuR29 она составляет 150-220 нм, а для образцов ПВДФ+10% EuR29 - 140-180 нм.
Размеры структурных элементов в полимерном композите ПВДФ+EuR^ изучены с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа и приведены на рис. 3. Из рисунка видно, что размеры структурных элементов в полимерном композите ПВДФ+EuR^, полученном при различных концентрациях комплекса ПВДФ+ +3%EuR29, составляют 89 нм, а для образцов ПВДФ+10%EuR29 - 94 нм.
Спектры фотолюминесценции были измерены в диапазоне длин волн 300-700 нм при возбуждении светом с длиной волны 290 нм. На рис. 4 приведены спектры люминесценции поли-винилиденфторида и композитов ПВДФ+3% EuR29 и ПВДФ+10%EuR29.
Рис. 4. Спектры фотолюминесценции композитов
ПВДФ+3%EuR29 и ПЕДФ^^/сТ^г;).
Видно, что максимум при длине 356 нм связан с полимером. С увеличением концентрации комплекса европия EuR29 появляются новые максимумы при длине волн 492, 502 и 533 нм, свя-
занные с комплексом европия. Из сравнения интенсивностей флуоресценции образцов, полученных при различных концентрациях комплекса европия, можно сделать вывод о существовании концентрационного увеличения максимума при длине волн 356-363 нм.
Увеличение содержания комплекса европия от 3 до 10% вызывает весьма значительное усиление максимума при 533 нм и сильное увеличение максимума при длине волн 502 и 492 нм. Увеличение максимума при длине 502 и 492 нм может быть обусловлено изменением надмолекулярной структуры полимера, а также внедрением комплекса европия в межмолекулярное пространство и передачей энергии электронного возбуждения макромолекул.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Лазеры на основе сложных органических соединений. М.: Изд-во МГУ. 1992. 330 с.
2. Наний О.Е. Основы технологии спектрального мультиплексирования каналов передачи. Lightwave. 2003, (1), 47-52.
3. Meng Q.G., Fu L.C., Wang S.B. et al. Preparation and Optical Characterization of an Organoeuropium-doped Sol-gel Transparent Luminescence thin Film. Thin Solid Films. 2001, 388, 87-92.
4. Parra D.F., Brito H.F., Matos J.D.R., Dias L.S. Enhancement of the Luminescent Intensity of the Novel System Containing Eu3+-P-diketonate Complex Doped in the Epoxy Resin. J Appl Polim. Sci. 2002, 83, 2716-2722.
5. Horinouchi S., Wada M., Ishihara K. et al. Fabrication and Characterization of Rare-earth Metal-chelate-doped Plastic Film and Fiber Materials: Eu(3+)-chelate-doped PMMA. Proc. SPIE. 4905. 2002, 126-134.
6. Kobayashi T., Nakatsuka S., Iwafuji T. et al. Fabrication and Superfluorescence of Rare-earth Chelate-doped Graded Index Polymer Optical Fibers. Appl Phys Lett. 1997, 67, 2421-2423.
7. Герасимова В.И., Заворотный Ю.С., Рыбалтовский А.О., Тараева А.Ю. Температурное тушение фотолюминесценции ионов Eu3+ в комплексе Eu(fod).
Журнал прикладной спектроскопии. 2006, 73(3), 315-319.
8. Lio H.G., Park S., Jang K. et al. Influence of Ligands on the Photoluminescent Properties of Eu3+ in Europium р-diketonate/PMMA-doped Systems. J Lumin. 2004, 106, 47-55.
9. Рыбалтовский А.О., Герасимова В.И., Богомолова Л.Д. и др. Спектры Р-дикетонатов меди и европия в спиртовых растворах и прозрачных диэлектриках. Журнал прикладной спектроскопии. 2006, 73(4), 447-452.
Поступила 08.08.12 После доработки 09.01.13
93
Summary
The results of the study of morphology and photoluminescent properties of composites of polyvinylidene fluoride (PVDF) and europium complex EuR29 are reported. The increase of the concentration of EuR29 in PVDF has been found to cause the morphology change in the structural elements on the surface. It is shown that at high concentrations of EuR29 the refinement of the structural
elements of the composition occurs. The study of photoluminescent properties of the composition PVDF+EuR29 confirms that with the increase of the concentration of EuR29 new maxima appear at the wave lengths 492, 502, 533 nm, linked with the europium complex under study in the present work.
Keywords: compositional structures, polyvinylidene fluoride, europium complex, photoluminescence.
