Способ получения люминесцирующих наноразмерных пленок

(51) 01 21/64 (2006.01) 09 11/06 (2006.01) 09 19/00 (2006.01) 05 1/20 (2006.01) 82 1/00 (2011.01) 82 3/00 (2011.01) 82 30/00 (2011.01) 82 40/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к производству оптических материалов и может быть использовано при получении тонкопленочных светоизлучающих структур, которые могут использоваться в лазерной технике и молекулярной электронике. Для повышения коэффициента переноса неамфифильных молекул красителя методом Ленгмюра-Блоджетт в состав пленок добавляется органорастворимый комплекс полиэлектролит-ПАВ.(72) Ибраев Ниязбек Хамзаулы Селиверстова Евгения Владимировна Кудайбергенов Саркыт Елекенович(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК Изобретение относится к производству оптических материалов и может быть использовано при получении тонкопленочных светоизлучающих наноструктур, которые могут использоваться в лазерной технике и молекулярной электронике. Известен способ получения флуоресцирующих пленок Ленгмюра-Блоджет (ЛБ) на основе амфифильных молекул Нильского красного,включающий приготовление мономолекулярного слоя вещества в смеси с жирной кислотой на поверхности воды и последующий его перенос на твердую подложку (Алексеева В.И., Зикирина ,Ибраев Н.Х. и др. Строение и свойства ленгмюровских пленок амфифильного нильского красного. Журн. физ. химии. 2005. Т. 79. 3. с.497500). В работе ( .2011.) изложен способ приготовления смешанных ленгмюровских пленок на основе молекул оксазинового красителя,не обладающего поверхностно-активными свойствами, и амфифильных арахидиновой и перфлуоротетрадекановой кислот. Наиболее близким к предлагаемому методу является способ получения люминесцирующих тонких пленок на основе амфифильного полимера (поли(,-диалил-октадециламинмалеиновой кислоты и амфифильных ксантеновых красителей (Ерошина С.А., Ибраев Н.Х., Кудайбергенов С.Е. Способ получения люминесцирующих пленок. Предварительный патент 19492 на изобретение РК). В данном случае монослой формируют на поверхности субфазы из растворов амфифльного полиамфолита и гидрофобно-моифицированных молекул родаминового красителя. Методом вертикального лифта по технологии ЛБ монослой переносят на поверхность твердой подложки. Последовательно наслаивая монослои друг на друга получают мультислойные пленки необходимой оптической плотности и квантовой эффективности излучения. Основным недостатком перечисленных способов является то, что для получения устойчивого мономолекулярного слоя на поверхности раздела фаз вода-воздух используются амфифильные молекулы люминофоров, жирных кислот и полимеров, обладающие поверхностно-активными свойствами. Для получения поверхностно-активных молекул необходимо проводить трудоемкий и дорогой химический синтез. Кроме того, пленки на основе жирных кислот термически и механически не устойчивы, т.к. жирные кислоты обладают низкими температурами плавления. Сущность предлагаемого способа получения наноразмерных флуоресцирующих пленок заключается в управляемом синтезе люминесцирующих твердых тонких пленок методом ЛБ на основе неамфифильных органических люминофоров и органорастворимого комплекса полиэлектролит-ПАВ, состоящего из катионного полиэлектролита - поливинилбензила триаммоний 2(ДБСН). Способ заключается в формировании смешанных монослоев люминофора и полиэлектролитного комплекса на границе раздела жидкость-газовая фаза с последующим переносом такого монослоя на поверхность твердой подложки. В результате формируются моно- или мультислойные планарные структуры, содержащие молекулы люминофора. Молекулы люминофора, в заявляемом способе,удерживаются на поверхности раздела фаз жидкость-газовая фаза благодаря электростатическому взаимодействию с макромолекулами полиэлектролитного комплекса. Новизна предлагаемого способа заключается в том, что фактически впервые был предложен способ формирования наноразмерных люминесцирующих пленок на основе неамфифильных молекул люминофора и огранорастворимого комплекса полиэлектролит-ПАВ. Молекулы люминофора в заявляемом способе удерживаются на поверхности раздела фаз жидкость-газовая фаза благодаря электростатическому взаимодействию с макромолекулами полиэлектролитного комплекса. Существенным отличием и преимуществом заявляемого метода получения наноразмерных флуоресцирующих пленок на основе органических красителей по сравнению с известными методиками является использование электростатического взаимодействия между макромолекулами поликомплекса и молекулами неамфифильных органических красителей, что дает возможность использовать гидрофобно немодифицированные молекулы люминофоров для получения качественных люминесцирующих наноразмерных твердых пленок по технологии ЛБ. Заявляемый способ основан на проведенных исследованиях физико-химических свойств двукомпонентных ленгмюровских пленок,содержащих неамфифильные оксазиновые красители и полиэлектролитный органорастворимый комплекс. Решение поставленной задачи состоит в том, что предлагаемая композиция для получения пленок достигается путем смешивания растворов оксазинового красителя и поликомплекса,формирования мономолекулярного слоя из смешанного раствора на поверхности субфазы и его переносе на поверхность стеклянной подложки. Осуществление способа достигается следующим образом. Полиэлектролитный комплекс массой 0,75 мг растворяют в 5 мл хлороформа и оставляют до полного растворения. Оксазиновый краситель(Нильский красный) массой 0,75 мг растворяют в 5 мл хлороформа. Смешивают раствор люминофора и полиэлектролита в молярном соотношении от 150 до 11 моль. Для получения флуоресцирующей пленки на поверхность водной фазы,представляющей собой деионизованную воду(18 МОм/см при рН 5-6), наносили смесь красителя и поликомплекса. После растекания смеси по поверхности водной фазы и испарения хлороформа, полученный монослой выдерживают в течении 60 минут до полной стабилизации. Затем монослой поджимают со скоростью 0,02 ммс-1 и измеряют изотерму зависимости поверхностного давления от удельной молекулярной площади молекул в монослое (-А изотерма) для определения оптимального значения поверхностного давления пленки,соответствующего максимально конденсированному монослою. Поверхностное давление в монослоеизмерялось с помощью весов Вильгельми. Контрольные эксперименты на монослоях полиэлектролитного комплекса показали,что присутствие в монослое молекул люминофора вызывает существенные изменения -А изотермы монослоя рост величины поверхностного давления от 0 в этом случае начинается при величинах А,отличающихся от контрольных на -А изотермах с большой концентрацией люминофора отсутствуют некоторые фазовые состояния монослоя (фиг.1). Это свидетельствует о том, что состояние и характер взаимодействия молекул полиэлектролитного комплекса в монослое в присутствии молекул люминофора изменяются. Перенос монослоя на твердую подложку из оптического стекла осуществляется при постоянном поверхностном давлении 25 мН/м методом вертикального лифта(схема процесса формирования тонкопленочного материала таким способом представлена на фиг.2). Последовательным повторением переноса монослоя с поверхности водной фазы на твердотельную подложку были получены образцы, содержащие 1,10, 50 смешанных слоев полиэлектролитного комплекса и оксазинового красителя. Для полученных смешанных пленок измеряли спектры поглощения и флуоресценции. В отсутствии молекул люминофора ЛБ пленки полиэлектролитного комплекса в видимой области спектра полностью прозрачны (фиг.3). При добавлении люминофора в монослой в области 450650 наблюдаются полосы поглощения с максимумом около 550 нм (фиг.4, кривая 1),спектрально совпадающие с полосами поглощения молекул Нильского красного в растворе этанолаН.,.,, .78 (2008) 15-24. Это указывает на наличие молекул красителя в пленках ЛБ. Кроме того, в пленках с увеличением концентрации люминофора происходит формирование димеров (фиг.4, таблица 1). Об этом свидетельствует уширение и сдвиг максимумов полос поглощения в коротковолновую область спектра. При возбуждении в коротковолновой части спектров происходит сдвиг максимума спектров флуоресценции в красную область спектра, а также наблюдается концентрационное тушение при увеличении концентрации люминофора. Таблица 1 Параметры спектров поглощения и флоуресценции ЛБ пленок поликомплекс-Нильский красный Концентрация красителя, моль 0,2 10 33 50 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения наноразмерных люминесцирующих пленок методом ЛенгмюраБлоджетт,включающий приготовление смешанного мономолекулярного слоя неамфифильного оксазинового красителя и комплекса полиэлектролит-ПАВ на поверхности воды с последующим переносом его на твердую подложку, отличающийся тем, что жирные кислоты и амфифильный полимер заменяют комплексом поливинилбензил триаммоний хлорид натрий додецилбензосульфокислота.