Люминесцентные солнечные концентраторы на основе полисилоксана, содержащего флуоресцентные красители и наночастицы переходных металлов

(51) 82 30/00 (2011.01) 08 283/12 (2006.01) 09 11/06 (2006.01) 09 11/58 (2006.01) 09 5/22 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ красной области спектра (580-650 нм) за счет растворения периленовых красителей, взятых в концентрации от 510-3 до 510-6 мол/литр либо в винил-содержащем силоксановом олигомере(Компонент А) перед его смешиванием с компонентом Б, либо их предварительным растворением в ацетоне, смешиванием ацетонового раствора красителя с Компонентом А, и испарением ацетона при температуре 45-50 С непосредственно перед добавлением компонента Б. Для введения в полисилоксан наночастиц переходных металлов, в частности золота, проводят предварительное растворение хлороауриновой кислоты в ацетоне, с последующим добавлением ацетонового раствора к компоненту А и испарением ацетона при температуре 45-50 С непосредственно перед добавлением компонента Б. Количество хлороауриновой кислоты,добавленной к компоненту А, подбирается таким образом, чтобы концентрация наночастиц золота в полисилоксане варьировалась в пределах 0,0005-0,005. На конечной стадии смесь компонента А,содержащего краситель и хлороауриновую кислоту,компонента Б вакуумировали при остаточном давлении 50-80 мм. рт. ст. для удаления растворенного в олигомерах воздуха, а затем подвергали термоотверждению в диапазоне температур от 45 до 75 С, предпочтительно при 60 С в течение 8-16 часов, предпочтительно в течение 12 часов.(72) Иргибаева Ирина СмаиловнаБарашков Николай НиколаевичАлдонгаров Ануар АкылхановичМантель Артур Игоревич(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Центр исследования люминесцентных материалов(54) ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИСИЛОКСАНА,СОДЕРЖАЩЕГО ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ КРАСИТЕЛИ И НАНОЧАСТИЦЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к полимерным нанокомпозитам, конкретно к светопрозрачным полисилоксанам, содержащим флуоресцентные красители и наночастицы переходных металлов,которые могут найти применение в качестве материалов для изготовления люминесцентных солнечных концентратов (Л). Целью изобретения является получение нанокомпозитов,состоящих из полимерной матрицы(полисилоксана) модифицированных добавлением периленовых красителей и наночастиц переходных металлов, типа золота и серебра,обладающих повышенной интенсивностью флуоресценции и высоким светопропусканием в видимой области спектра. Изобретение позволяет получить нанокомпозиты с максимальной флуоресценцией в оранжево 30428 Изобретение относится к полимерным нанокомпозитам, конкретно к светопрозрачным полисилоксанам, содержащим флуоресцентные красители и наночастицы переходных металлов,которые могут найти применение в качестве материалов для изготовления люминесцентных солнечных концентратов (Л). Известен способ получения Л на основе ПММА, содержащего родаминовые красители( 1685947, 1989). К недостаткам известного способа недостаточно высокий коэффициент концентрации света (до 1,80) и сравнительно невысокая светостойкость (89,3 сохранения значения начального коэффициента концентрации света после одного месяца эксплуатации). Предлагаемый в данном изобретении способ получения Л на основе полисилоксана,содержащего флуоресцентные периленовые красители и наночастицы переходных металлов,лишен отмеченных недостатков. Целью изобретения является получение нанокомпозитов,состоящих из полимерной матрицы(полисилоксана) модифицированных добавлением периленовых красителей и наночастиц переходных металлов, типа золота и серебра,обладающих повышенной интенсивностью флуоресценции и высоким светопропусканием в видимой области спектра. Синтез полисилоксанового полимера проводили по известной методике (, 2012, 103, стр.114-118) путем термически инициированного полиприсоединения винилсодержащего силоксанового олигомера(Компонент Б) при весовом соотношении компонентов АБ между от 81 до 121,предпочтительно 101. Изобретение позволяет получить нанокомпозиты с максимальной флуоресценцией в оранжевокрасной области спектра (580-650 нм) за счет растворения периленовых красителей, взятых в концентрации от 510-3 до 510-6 мол/литр либо в винил-содержащем силоксановом олигомере(Компонент А) перед его смешиванием с компонентом Б, либо их предварительным растворением в ацетоне, смешиванием ацетонового раствора красителя с Компонентом А, и испарением ацетона при температуре 45-50 С непосредственно перед добавлением компонента Б. Для введения в полисилоксан наночастиц переходных металлов, в частности золота, проводят предварительное растворение хлороауриновой кислоты в ацетоне, с последующим добавлением ацетонового раствора к компоненту А и испарением ацетона при температуре 45-50 С непосредственно перед добавлением компонента Б. Количество хлороауриновой кислоты,добавленной к компоненту А, подбирается таким образом, чтобы концентрация наночастиц золота в полисилоксане варьировалась в пределах 0,0005-0,005. На конечной стадии смесь компонента А,содержащего краситель и хлороауриновую кислоту,компонента Б вакуумировали при остаточном давлении 50-80 мм. рт. ст. для удаления растворенного в олигомерах воздуха, а затем подвергали термоотверждению в диапазоне температур от 45 до 75 С, предпочтительно при 60 С в течение 8-16 часов, предпочтительно в течение 12 часов. Пример 1. Введение периленовых красителей Введение двух типов флуоресцентных красителей - Периленового Оранжевого 240, ПО-240. Для получения полисилоксанов с концентрацией ПО-240 1.510-5 Моль/л и 3.0 10-5 Моль/л, готовили растворы 2.2 мг и 4.4 мг твердого красителя, соответственно, в 100 мл Компонента А. Аналогичным образом получали полисилоксаны с концентрацией ПК-300 0.75 10-5 Моль/л и 1.510-5 Моль/л. Для их приготовления 0.9 мг и 1.8 мг твердого красителя, соответственно,растворяли в 100 мл Компонента А. Для получения полисилоксанов с концентрацией ПО-240 и ПК-300 9.710-5 Моль/л и-5 2.910 Моль/л, соответственно, предварительно готовили растворы красителей в ацетоне (11.1 мг в 10 мл или 5.3 мг в 10 мл, соответственно). Затем 15 мл 100 мл Компонента А смешивают с 1.0 мл раствора соответствующего красителя в ацетоне,который после этого удаляется испарением при нагревании на водяной бане до температуры 45-5060 С. Для введения в полисилоксан квантовых точек золота вместе с периленовыми красителями проводили смешивание ацетонового раствора хлороауриновой килоты (НАС 4) с Компонентом А при концентрации НАиС 4 от 0,0005 до 0,005 с последующим испарением ацетона при нагревании до 45-50 С в течение 0.5-1.0 часов. Таблица 1 показаны навески растворов П-240 с концентрацией 9,710-5 Моль/л, ПК-300 с концентрацией 2,910-5 Моль/л, и НАС 4 с концентрацией 0,0051 в компоненте А были использованы для получения 295 г жидкого раствора, который смешивали с 29 г компонента В. Таблица 1 Весовые соотношения растворов ПО-240, ПК-300 и НАС 4 используемые в примере 1 для получения двух образцов нанокомпозитов размером 15015012 мм Тип нанокомпозита С наночастицами золота Без наночастиц золота Весовые количества (г) отдельных компонентов нанокомпозитов и их концентрация в компоненте А П-240 ПК-300 НАиС 4 Дополнительное 9,710-5 Моль/л 2,910-5 Моль/л 0,0051 количество Компонента А 69,9) Суммарный вес всех 3-х компонентов в обоих случаях был равным 295 г и оба раствора отверждались одинаковым количеством Компонента В - 29 г После тщательного перемешивания смесь поместили в прямоугольную стеклянную форму с размерами 15015025 мм, вакуумировали при остаточном давлении 50-80 мм. рт. ст. для удаления растворенного в олигомерах воздуха, а затем подвергали термоотверждению в течение 12 часов при 60 С. После охлаждения полученный блок оранжевокрасного цвета с размерами 15015012 мм извлекался из стеклянной формы и исследовался методами флуоресцентной спектроскопии (фиг.2). В аналогичных условиях получали блок полисилоксановой композиции, путем смешивания 69,9 г раствора ПО-240 с концентрацией 9.7 10-5 Моль/л и 184,4 г раствора ПК-300 с концентрацией 2.910-5 Моль/л, однако вместо добавления 40,7 г 0,0051-го раствора НА 4 в Компоненте А в смесь добавлялось такое же количество Компонента А без растворения в нем хлороауриновой кислоты. Таким образом, содержание красителей ПО-240 и ПК-300 было идентичным для обоих блоков полученной полисилоксановой композиции (2,310-5 и 1,810-5 Моль/л, соответственно). Однако, разница между ними заключалась только в том (Таблица 1),что первый блок содержал наночастицы золота с концентрацией 0.0007, а второй блок не содержал их. На фиг.2 показаны спектры флуоресценции обоих полисилоксановой композиции при длине волны возбуждения в области максимального поглощения наночастиц золота при 540 нм. Было найдено, что присутствие наночастиц золота приводит к усилению флуоресценции смеси ПО-240 и ПК-300. Важно подчеркнуть, что это наблюдение относится только к тому случаю, когда возбуждение производится светом с длиной волны 540 нм, которая соответствует области поглощения квантовых точек золота (фиг.3). В том случае, когда возбуждение производится светом с длиной волны вне области поглощения золота (360 нм), присутствие наночастиц золота, наоборот, снижает эффективность флуоресценции твердых растворов этих двух красителей в полисилоксане. Литературные данные, касающиеся поведения красителя Родамин 6 Ж в присутствии квантовых точек золота подтверждают наблюдаемый в наших экспериментах результат об уменьшении интенсивности свечения красителя при возбуждении длиной волны 354,7 нм (,, 2007, .15 (24), 15648). Согласно другим данным,введение наночастиц золота в полиметилметакрилат, содержащий краситель ПК 300 может приводить к увеличению интенсивности флуоресценции красителя (. . В, 1986, .33,7923-7936). Указывается, что описанный эффект может быть связан с положительным влиянием электромагнитного поля от наночастиц золота на скорость возбуждения молекул красителя. Пример 2. Использование полисилоксановых композиций в качестве люминесцентных солнечных концентраторов (ЛСК). В табл. 2 приведены данные по значениям коэффициентов концентрации света двух типов Л,изготовленных из полисилоксановых композиций, содержащих периленовые красители в присутствии наночастиц золота и без них. Сравнение данных, представленных в таблице 2 с известными из патентной литературы ( 1685947, 1989) данными по коэффициентов концентрации света,полученными с использованием Л на основе ПММА,содержащего родаминовые красители, и имеющие те же геометрические размеры (15015012 мм) свидетельствует в пользу того,что полисилоксановые нанокомпозиты обладают следующими преимуществами 1. Повышенный коэффициент концентрации света (1,94 в сравнении с 1,80 для Л на основе ПММА) 2. Повышенная светостойкость(95.1 сохранения значения начального коэффициента концентрации света после одного месяца эксплуатации в сравнении с 89.3 для Л на основе ПММА). Таблица 2 Значениям коэффициентов концентрации света двух типов Л, изготовленных из полисилоксановых композиций, содержащих периленовые красители в присутствии наночастиц золота и без них (Размер ЛК 15015012 мм) Коэффициент концентрации,Сохранения коэффициента Тип нанокомпозита концентрации После 1 мес Исходный работы С наночастицами золота 1,94 1,84 95.1 Без наночастиц золота 1,78 1,44 81.0 Рассчитан по формуле Сэ короткого замыкания кремниевого элемента,присоединенного к торцу ЛК.Значения СЭ измеренные после выдерживания ЛК в течение месяца при солнечном освещении. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Люминесцентные солнечные концентраторы на основе полисилоксана,содержащего флуоресцентные красители и наночастицы переходных металлов, состоящие из полисилоксана с добавкой периленовых красителей взятых в концентрации от 510-3 до 510-6 мол/литр и наночастиц переходных металлов, типа золота и серебра, взятых в концентрации 0,0005-0,005 и обладающие интенсивной флуоресценцией в оранжево-красной области спектра 580-650 нм и повышенной светостойкостью в качестве люминесцентных солнечных концентраторов для сбора и концентрации рассеянного солнечного света.