CC BY
15
Новые
импортозамещающие материалы
Один из перспективных путей совершенствования и обновления химической отрасли - последовательное развитие малотоннажных химических производств при сохранении действующих крупнотоннажных, повышение их конкурентоспособности, улучшение качества и расширение ассортимента выпускаемой продукции.
Вячеслав Ольховик,
замдиректора по научной и инновационной работе Института химии новых материалов НАН Беларуси, кандидат химических наук
Александр Муравский,
завлабораторией «Материалы и технологии ЖК-устройств» Института химии новых материалов НАН Беларуси, кандидат физико-математических наук
Владимир Агабеков,
директор Института химии новых материалов НАН Беларуси, академик
Среди приоритетных для нашей страны направлений научно-технической деятельности - разработка технологий создания продуктов малотоннажной химии [1], новых эффективных методов получения наукоемких, импортозамещающих и конкурентноспособных продуктов различного функционального назначения.
Успешность решения данной задачи во многом зависит от наличия доступного и относительно дешевого сырья, в качестве источников которого могут выступать также полупродукты и отходы крупнотоннажных отечественных химических производств. Так, на ОАО «Могилевхимволокно» при получении ПЭТ (синтетическое волокно «Лавсан») на стадии окислении пара-ксилола образуется сложная смесь различных побочных продуктов, в том числе 4-8% диметилового эфира бифенил-4,4'-дикарбоновой кислоты (БДК) [2], который является ценным химическим сырьем для получения широкого круга практически полезных химических веществ, представляющих, в первую очередь, интерес в качестве красителей и электроактивных материалов (рис. 1).
Предложены эффективные методы синтеза линейных полисопряженных молекул, которые представляют
большой интерес в качестве электроактивных материалов [3] и чрезвычайно актуальны для бурно развиваемого в последние годы научного и технического направления -органической электроники. На основе таких материалов создается широкий круг приборов практического применения: цветных дисплеев, светоизлучающих диодов, лазеров, оптических переключателей, усилителей света, сенсоров и т.д. (рис. 2). Наиболее активные исследования ведутся по разработке органических
электролюминесцентных устройств, в частности стабильных светоиспускаю-щих органических материалов [4], поскольку использование такого подхода открывает возможность создания гибких сверхтонких дисплеев и систем подсветки.
В Институте химии новых материалов НАН Беларуси разработаны эффективные способы синтеза линейных полисопряженных молекул и получен полный RGB-набор электролюминесцентных соединений (рис.
12 НАУКА И ИННОВАЦИИ №6(100) Июнь 2011
№6(100) Июнь 2011 НАУКА И ИННОВАЦИИ
ТЕХНОЛОГИИ, РОЖДЕННЫЕ ХИМИЕЙ
Рис. 2. Устройства органической электроники для освещения и отображения информации
Г | ~~~ ~ ~ "
J
Рис. 3. Электролюминофоры красного, зеленого и синего свечения на основе БДК
Рис. 4. Схематическое устройство и лабораторные образцы светодиодных ячеек OLED с электролюминофорами
3) на основе одного исходного соединения -диметилового эфира 4,4'-бифенилдикарбоновой кислоты [5-7].
При изготовлении светодиодной ячейки (рис. 4) все слои формировались термовакуумным напылением функциональных материалов на стеклянную подложку с проводящим слоем оксида индия (ITO), используемым в качестве анода. Алюминиевый катод напылялся поверх тонкого слоя электронной проводимости из LiF, что обеспечивало оптимальный электрический контакт. Проведенные исследования показали, что данные светоизлучающие материалы обладают низким порогом светоиспускания органического светодиода ~5В. Разработанные органические электролюминесцентные материалы прошли успешные испытания в OLED устройствах фирмы Kunsul Chemical Ind. Co. LTD (Корея).
Особенности строения диметилового эфира 4,4'-бифенилдикарбоновой кислоты позволили с помощью относительно простых синтетических преобразований молекулы получить ряд новых поликонденсированных ароматических и гетероароматиче-ских соединений [8] - люминесцентных красителей высокой квантовой эффективности и потенциальных электроактивных материалов (рис. 5).
Получен полный спектральный ряд люминофоров, обладающих интенсивной люминесценцией и
отличающихся высокой термо-, свето- и химической стойкостью (рис. 6). Например, производные дибензотиофена обладают уникальной химической стойкостью и способны выдерживать даже олеумную среду. Возможная область их использования - получение окрашенных люминесцентных волокон на основе огнестойких полиарилен-1,3,4-оксадиазольных полимеров, производимых на РУП «СПО Химволокно».
Линейность полисопряженных соединений выражается в способности молекул поглощать и излучать поляризованный свет. При ориентации молекулярных осей вдоль выделенного направления, что реализуется при введении молекул в анизотропную матрицу [9], отмечается дихроизм поглощения и поляризованная люминесценция при регистрации параллельно (рис. 7, кривые 1, 3) и ортогонально (рис. 7, кривые 2, 4) выделенному направлению.
Такие ориентированные системы линейных полисопряженных красителей в виде тонких пленок и слоев наноразмер-ной толщины характеризуются анизотропией объемных и поверхностных свойств и перспективны для использования в качестве скрытых элементов защиты документов и ценных бумаг, детектируемых с помощью вспомогательных устройств. На основе ориентированных красителей в рамках научного сотрудничества с университетом Тоттори
(Япония) разработаны тонкопленочные поляризаторы для применения в эмиссионном ЖК-устройстве, разрабатываемом японской стороной при поддержке фирмы SONY.
J
Дихроичный поляризатор иУ-1А предназначен для работы в УФ-спектральном диапазоне 360-430 нм [10], обладает све-топропусканием более 30%, степенью поляризации свыше
№6(100) Июнь 2011 НАУКА И ИННОВАЦИИ 13
Рис. 9. Фотография (а) и принципиальная схема (б) устройства оптически управляемого жидкокристаллического индикатора на основе оптически функционального слоя, помещенного между скрещенными поляризаторами, где ^^ и К - функциональные заместители
Рис. 5. Новые поликонденсированные соединения на основе БДК
Рис. 6. Люминофоры различной цветовой гаммы
Рис. 7. Дихроизм поглощения и поляризованная фотолюминесценция синего люминофора на основе диметилового эфира 4,4'-бифенилдикарбоновой кислоты, ориентированного в жидкокристаллической матрице
90% (рис. 8) и практически не поглощает видимый свет.
Другое важное применение систем - ориентация жидких кристаллов. Так, при модификации молекулярной структуры особыми функциональными заместителями, способными к образованию межмолекулярных связей, реализована возможность
Литература
управления направлением молекулярных осей молекул под действием поляризованного света [11], что позволило создать оптически функциональные слои [12] для управления жидкокристаллическим индикатором (рис. 9), и реализовать оптический логический элемент типа XOR на их основе.
1. Агабеков В.Е., Рахманов С.К. Сб. науч. трудов ХХ междунар. науч.-технич. конф. «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии», 3-23, (2008).
2. Разина С.Л., Грицев А.М., Калечиц Г.В., Ольховик В.К., Юхимец Н.В. Патент РБ №8072.
3. V.K. Olkhovik, D.A. Vasilevskii, A.A. Pap, G.V. Kalechyts, Y.V. Matveienko, A.G. Baran, N.A. Halinouski, V.G. Petushok / ARKIVOC Volume 2008, part IX, 69-93.
4. B. Young, Information Display magazine, 25,14, (2009).
5. Ж.Д. Чапланова, Ю.К. Михайловский, В.Е. Агабеков, В.К. Ольховик, Д.А. Василевский, Н.А. Галиновский, Г.К. Жавнерко / ЖПС, 76, (4), 622-628, (2009).
6. V. K. Ol'khovik, A.A. Pap, V.A. Vasilevskii, N.A. Galinovskii, S. N. Tereshko / Russian Journal of Organic Chemistry, 44, (8), 1172-1179, (2008).
7. A.V.Kukhta, I.N.Kukhta, E.E.Kolesnik, A.P.Stupak, V.K.Olkhovik, D.A.Vasilevskii, N.A.Galinovskii, G.K.Javnerko / J. Fluorescence, 19, (6), 989-996, (2009).
8. Ольховик В.К., Калечиц Г.В., Баран А.Г., Петушок В.Г. / Патент РБ №13262.
9. Агабеков В.Е., Арико Н.Г., Иванова Н.А., Весц НАН Б, сер. тч. навук №4, 98-112, (2002).
10. А.А. Муравский, А.И. Мацур, Т.Г. Космачева, Н.А.Иванова, В.Е. Агабеков, 19th SID Symposium on 'Advanced Display and Lighting Technologies' (ADLT-2011), Logoisk, Belarus (2011).
11. A. Muravsky, Next Generation of Photoalignment, Saarbrücken, Germany, VDM Verlag Dr. Müller (2009). ISBN 978-3-639-15912-7
12. А.А. Муравский, В.Е. Агабеков, П.М. Малашко, А.И. Мацур, Проблемы физики, математики и техники 2, 68-74 (2010).
Рис. 8. Степень поляризации дихроичного тонкопленочного поляризатора и^ 1А для поляризации излучения УФ-светодиодов
14 НАУКА И ИННОВАЦИИ №6(100) Июнь 2011
