Научная статья на тему 'Нанокомпозитные пленки на основе прекурсоров силиката с ПАВ'

Нанокомпозитные пленки на основе прекурсоров силиката с ПАВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
84
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИЛИКАТНАЯ МАТРИЦА / SILICATE MATRIX / ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ / LIQUID CRYSTALS / ПЛЕНКИ КОМПОЗИТОВ / ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ / LUMINESCENCE / COMPOSITE FILMS

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Заскокина Л.О., Осипова В.В., Галяметдинов Ю.Г.

Получены пленки композитов, содержащие комплекс Eu(DBM) 3bpy. Показано, что использование жидкокристаллической матрицы приводит к более равномерному и упорядоченному расположению комплекса и силиката на подложке.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Composites obtaining the complex Eu(DBM) 3bpy has been obtained. The use of a liquid crystal matrix results in a more uniform and orderly arrangement of the complex and silicate on the substrate.

Текст научной работы на тему «Нанокомпозитные пленки на основе прекурсоров силиката с ПАВ»

УДК 544.022.53

Л. О. Заскокина, В. В. Осипова, Ю. Г. Галяметдинов

НАНОКОМПОЗИТНЫЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ПРЕКУРСОРОВ СИЛИКАТА С ПАВ

Ключевые слова: силикатная матрица, жидкие кристаллы, пленки композитов, люминесценция.

Получены пленки композитов, содержащие комплекс Еи(ОБМ)зЬру. Показано, что использование жидкокристаллической матрицы приводит к более равномерному и упорядоченному расположению комплекса и силиката на подложке.

Keywords: silicate matrix, liquid crystals, composite films, luminescence.

Composites obtaining the complex Eu(DBM)3bpy has been obtained. The use of a liquid crystal matrix results in a more uniform and orderly arrangement of the complex and silicate on the substrate.

Введение

Жидкие кристаллы обладают чрезвычайно подвижной структурой, ориентирующейся под воздействием сравнительно слабых внешних факторов, приводящих к изменению макроскопических физических свойств образца. Поэтому материалы, на их основе нашли практическое применение в самых современных областях науки и техники [1].

Большой интерес вызывает создание на основе лиотропных жидких кристаллов наноразмерных материалов с улучшенными физическими свойствами путем допирования в них силикатных матриц и ионов лантаноидов и др. металлов[2-3]. Добавление силикатных матриц к жидкокристаллическим системам позволяет стабилизировать наноорганизованную структуру [4].

Одно из важнейших направлений современного материаловедения связано с получением наноструктур с заданными характеристиками. Для этого широко применяется подход, связанный с получением композитных наноматериалов, то есть частиц, заключенных в химически инертную матрицу. Во многих случаях в качестве таких матриц используют различные пористые материалы. В эти поры можно вводить различные соединения, а затем, после химической модификации получать частицы искомого материала, размер и форма которых повторяют форму полостей матрицы, а ее стенки предотвращают их агрегацию и защищают от воздействий внешней среды [5]. Поэтому целью данной работы было получение нанокомпозитов комплексов лантаноидов с силикатными матрицами.

Экспериментальная часть

Силикатные матрицы были получены по золь-гель технологии из реакционных смесей, состоящих из винилтриметоксисилана(УМ08) / фенилтриэтоксиси-лана (РЬТЕ08), этанола и воды [6].В первую очередь измерялась масса прекурсора, затем к нему добавлялись этанол и вода. Полученные образцы были поставлены на магнитную мешалку со скоростью 450 об/мин при температуре 50оС от 2 до 4 суток. Периодически проверялось значение рН (2-3) систем[7], при этом водная фаза превращалась в гель. Через несколько часов происходила конденсация в твердую непрерывную сетку. Приготовленные системы отличаются составом исходных компонентов - мольными и массовыми соотношениями.

Синтез лиомезофазы проводился по методике описанной в работе [8],на основе неионных ПАВ (С12ЕО4, С12ЕОд, С12ЕО10). Идентификация жидкокристаллических свойств проводилась по данным поляризационно-оптической микроскопии (ПОМ) (Olympus BX 51) - по наблюдаемым текстурам устанавливали тип мезофазы и температуры фазовых переходов.

Силикат встраивался в жидкокристаллическую матрицу между мицеллярными агрегатами. Введением небольших количеств соляной кислоты добивались необходимого pH (2^3) системы, при этом водная фаза превращалась в гель. Через несколько часов происходила конденсация в твердую непрерывную сетку.[9]

С помощью spin coating (SPIN COATER LAUTELL WS - 400 - 6NPP - LITE) были получены пленки нанокомпозитов состава Si/C EO /Н O.

12 n 2

Этот метод включал в себя введение систем на стекла и вращение их на приборе со скоростью 1000 об/мин.

Люминесцентные характеристики многокомпонентных пленок за счет ориентации мезофаз становятся лучше, что позволяет перейти от надмолекулярной организации образца к упорядочению во всем объеме.

Результаты и обсуждение

Контроль завершённости процесса синтеза ЖК систем проводили, фиксируя постоянство температуры перехода мезофаза - изотропная жидкость во всем объеме образца.

В результате исследования текстуры ЖК системы, выяснилось, что одна система имеет ла-меллярную мезофазу (C12EO4 / Н2О), а две другие -гексагональную (C12EO10 / Н2О, C12EOg / Н2О).

Были получены системы с силикатными матрицами на основе 2 различных прекурсоров -винилтриметоксисилана и фенилтриэтоксисилана по золь-гель технологии. При синтезе силикатной матрицы мольные соотношения, время старения и сушки являлись важными параметрами, поэтому они были экспериментально оптимизированы (табл. 1).

После введения силиката в ЖК, синтезированные системы были исследованы на поляризованном свете. Как и в исходных жидкокристаллических системах, наблюдались соответствующие текстуры,

что позволило охарактеризовать надмолекулярную организацию молекул в мезофазе.

Таблица 1 - Контролируемые параметры в процессе золь-гель синтеза

Параметр Диапазон* Оптимальное условие

рН 1 - 7 2 - 3 Если значение рН слишком высокое (> рН 3.5), при добавлении воды начальный раствор мутный, а время гелеобразо-вания - быстрое

Температура золя 18-100 °C 50 °С Образцы загущаются быстрее (несколько дней)

Время старения 1 - 20 дней 2 дня время и температура сушки являются наиболее важными параметрами

Температура сушки 18-100 °C 18 ° С Все образцы, которые сушили при повышенных температурах, потрескавшиеся

Время сушки 1 час-6 мес. > 45 дней для 4 мл золя Необходимо длительное время сушки.

* литературные данные.

Пленки нанокомпозитов были получены методом spin coating. Данный метод позволяет контролировать толщину пленки, кроме этого происходит равномерное распределение образца на подложке.

Отожженные пористые пленки помещались в раствор комплекса трис [1,3-дифенил-1,3-пропандионо]-[2,2'-бипиридин] европия Eu(DBM)3bpy в толуоле для установления адсорбционного равновесия на сутки. Потом образцы отмывались в толуоле для удаления ПАВ и воды с поверхности и высушивались для удаления растворителя [10]. После проведения процесса, исследуемые системы были изучены методом люминесцентной спектроскопии (рис. 1).

Отсутствие расщепления сигнала основных энергетических переходов 5D0 ^ 7F15 5D0 ^ 7F2 и 5D0 ^ F3 указывает на низкую симметрию лигандного окружения иона Eu3+, что в принципе ожидаемо в лио-тропных системах, содержащих большое количество растворителя. Малое соотношение площадей пиков переходов 5D0 ^ 7F2 и 5D0 ^ 7F1 равное 5,9 свидетельствует о слабом переносе энергии с лиганда на ион.

В пленках, полученных на стеклах, происходит равномерное и упорядоченное расположение комплекса Eu(DBM)3bpy и силиката SiO2, что способству-

ет увеличению люминесценции и времени жизни (рис. 2) . Установлено, что ориентированные системы по сравнению с неупорядоченными системами обладают более интенсивной фотолюминесценцией.

о

£

о о

Е

s о Г

Р £

5 7

D ^ F

D ^ F

0

57

D ^ F

{D ^ F оА

„ о 3

15П Т1Г1 55П Й1П тП 7ПП 7 5П

Д1ИНЗ ВОЛНЫ (нм)

Рис. 1 - Спектр люминесценции и кинетика люминесцентного свечения системы

8Ю2/С12Е04/Еи(ОВМ)зЬру

Следует особо подчеркнуть роль ориентации мезофаз, как необходимого этапа организации жидкокристаллического темплата. Ориентация мезофаз позволяет перейти от надмолекулярной организации в доменах образца к упорядочению во всем объеме, что особо важно для практического создания новых функциональных материалов при использовании их в молекулярной электронике и лазерной оптике.

Eu(dbM)3 bpy SiO С12Е04/ SiO C12E01Q / в толуоле Eu(DQM)3 bpy Eu(DBM)3 bpy

Рис. 2 -

7

а б

- а) Соотношение интенсивности пиков й0 ^ ^2/ й0 ^ F1; б) время жизни люминесцентного свечения комплексов

Заключение

Si/C EO /HO

12 n 2

Получены многокомпонентные системы и пленки, содержащие комплекс

Eu(DBM)3bpy. В пленках происходит равномерное и упорядоченное расположение Eu(DBM)3bpy и силиката SiO2, что способствует увеличению интенсивности и времени жизни люминесценции.

о

4

Исследование выполнено при финансовой

поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-0831405 мол_а.

Литература

1. J.J. Blackstock; C.L. Donley, W.F. Stickle, D.A.A. Ohlberg, J.J. Yang, D.R. Stewart, R.S. Williams. J. Am. Chem. Soc.,130, 12, 4041-4047 (2008).

2. Koen Binnemans, Yury G. Galyametdinov, Rik Van Deun, Duncan W. Bruce. J. Am. Chem. Soc. 122, 4335-4344(2000)

3. Duncan W. Bruce Acc. Chem. Res, 33, 831-840(2000)

4. T. Ohtake, M. Ogasawara, K. Ito-Akita, N. Nishina, S. Ujiie, H. Ohno, T. Kato, Chem. Mater. 12, 782 (2000).

5. A.A. Eliseev, I.V. Kolesnik, A.V. Lukashin, Y.D. Tretyakov. Adv. Eng, Mater., 7, 4, 213-217 (2005).

6. В.И. Марголин., В.А. Жарбеев., В.А. Тупик Физические основы микроэлектроники из-во: Академия, 2008, 400 с.

7. В.В.Осипова ,Л.О. Заскокина, Ф.М. Гумеров , Ю.Г. Галяметдинов. Вестник Казанского технологического университета, 17, 29-30, (2012)

8. В.В. Осипова, Н.М. Селиванова, Д.Е. Дановский, Ю.Г. Галяметдинов. Вестник Казанского технологического университета, 6, 30-35, (2007).

9. В.В. Осипова, Л.Ю. Яруллин, Ф.М. Гумеров, Ю.Г. Галя-метдинов, Вестник Казанского технологического университета, 9, 879-881, (2010).

10. Н. И. Остапенко , Н. В. Козлова , Е. К. Фролова , Ю. В. Остапенко , Д. Пекус ,В. Гульбинас , А. М. Еременко , Н. П. Смирнова , Н. И. Суровцева ,Ш. Суто , А. Ватана-бе. Журнал прикладной спектроскопии, 78, 1, 82-88, (2011).

© Л. О. Заскокина - магистр каф. физической и коллоидной химии КНИТУ; В. В. Осипова - к.х.н., доц. той же кафедры; Ю. Г. Галяметдинов - д.х.н., проф., зав. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, office@kstu.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.