Люминесцентный композит на основе проводящего полимера поливинилкарбазола и ЖК комплекса Eu (III)

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

А. А. Князев, Е. Ю. Молостова, Д. В. Лапаев,
А. С. Крупин, В. С. Лобков, Ю. Г. Галяметдинов
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ КОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ ПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИМЕРА
ПОЛИВИНИЛКАРБАЗОЛА И ЖК КОМПЛЕКСА Eu (III)
Ключевые слова: жидкокристаллический комплекс, композит, люминесценция.
Проведено исследование абсорбционных и люминесцентных характеристик композитной пленки, состоящей из полупроводникового полимера поливинилкарбазола (PVC) и жидкокристаллического комплекса Еи (йК)зБру.
Key words: LC europium complex, composite, luminescence.
The absorption and luminescence spectra of a composite film consisting of a semiconducting polymer, namely, poly (vinylcarbazole) (PVC), and LC europium complex [Eu (DK)3Bpy] were studied.
Введение
В настоящее время интенсивно ведутся поиски систем для полноцветных дисплеев [1 — 3]. Для создания дисплея необходимо подобрать такую систему, люминесценция которой содержала бы три основополагающих цвета: синий, зеленый и красный. Кроме того, полосы люминесценции должны быть интенсивными и узкими. Среди наиболее перспективных материалов в этом аспекте
рассматривались органические полупроводниковые
полимеры [4, 5]. Благодаря таким своим свойствам, как высокая эффективность флуоресценции,
эластичность, технологичность изготовления тонких однородных пленок, они вызывают все больший интерес у разработчиков новых типов фото- и светодиодов, дисплеев. Однако многочисленные исследования показали, что получение чистого и узкого излучения из органических
полупроводниковых полимеров затруднительно вследствие того, что их эмиссионные полосы широкие. Наиболее эффективно их применение в сочетании с редкоземельными комплексами,
обладающими наиболее монохроматической флуоресценцией [6 — 8]. Важным преимуществом используемого жидкокристаллического комплекса европия, ввиду определённого структурного подобия с полимером РУО (анизотропная форма, наличие алкильных цепей в торцевых частях молекул), является его хорошая растворимость в тех же органических растворителях (толуол, хлороформ) и смешиваемость. Вследствие наличия в структуре комплекса длинных торцевых углеводородных заместителей, затрудняющих его кристаллизацию [9 -11], появляется возможность добиться равномерного распределения компонентов в композите и как следствие, высокой эффективности излучения. Уже первые эксперименты показали, что допирование поливинилкарбазола комплексом европия приводит к значительному увеличению квантового выхода флюоресценции по сравнению с концентрированным комплексом без какого-либо изменения ширины линий, а это очень важно при разработке новых материалов для цветных дисплеев и светодиодов.
Развитие процесса флюоресценции в подобных системах весьма сложное и многоэтапное.
Детальное понимание этого процесса, его
кинетические особенности в сочетании со знанием молекулярной и электронной структуры композита полимер/редкоземельный комплекс позволит целенаправленно проводить синтез соединения с заданными фотофизическими свойствами.
В работе исследованы абсорбционные и эмиссионные свойства жк комплекса трис[1-(4-додецилоксифенил)-3-(4-гексадецилоксифенил)-пропан-1,3-дионо-5,5'-ди (гептадецил)-2,2 '-бипири-дил]европия (Еи (РК)зБру), ранее описанного в [12], органического полимера поливинилкарбазола (РУО) и композита РУО: Еи (йК)зБру.
Экспериментальная часть
Для получения комплекса Еи (йК)3Бру к горячему спиртовому раствору, содержащему 0,195 г (0,3 ммоль) замещённого р-дикетона, 0,032 г (0,1 ммоль) 5,5'-ди (гептадецил)-2,2'-бипиридила и 0,012 г (0,3 ммоль) ЫаОН, при перемешивании медленно прикапали спиртовой раствор ЕиО13 • 6Н2О 0,037 г (0,1 ммоль). Суспензию дополнительно перемешивали 10 минут. Выпавший
мелкодисперсионный осадок желтого цвета отфильтровали в горячем виде, промыли спиртом и высушили в вакууме над P2O5. Установление структуры полученного соединения проводилось на основе данных элементного анализа и ИК спектров. Схема синтеза Eu (DK)3Bpy показана на рис. 1.
Рис. 1 — Схема синтеза Еи (йК)3Вру
Для приготовления композитной пленки PУC: Eu (DK)зBpy PУC вместе с комплексом европия растворялся в толуоле в соотношении 1:1.
Раствор фильтровался через мембрану 0,2 мм. Отфильтрованная смесь накапывалась на кварцевую подложку, закрепленную на центрифуге и вращающуюся со скоростью 2000 оборотов/мин.
Результаты и обсуждение Все измерения были проведены при комнатной температуре. Для возбуждения люминесценции использовался импульсный азотный лазер ЛГИ-21 (длина волны Хехс=337 нм, частота следования импульсов 50 Гц, длительность импульсов 10 нс).
На рис. 2 представлены спектры люминесценции РУО и поглощения Еи (йК)3Бру. Перекрывание спектров показывает возможность передачи энергии от полимера к комплексу.
А (Н М)
Рис. 2 — Спектры люминесценции PVC и
поглощения Eu (DK)3Bpy
На рис. 3 показаны спектры
времяразрешенной люминесценции композитной пленки PVC: Eu (DK)3Bpy при разном временном сдвиге относительно импульса возбуждения.
Л (н м)
Рис. 3 — Спектры люминесценции композитной пленки РУО: Еи (йК)зВру при разном временном сдвиге 61 относительно импульса возбуждения: 3 мкс (пунктир), 200 мкс (линия)
В спектре, полученном через 5t=3мкс после импульса накачки, присутствуют линии и полосы люминесценции всех центров. В спектре, полученном через 5t=200мкс после импульса накачки, люминесценция центров, обусловленных РУО, исчезает (широкая полоса в области 470 нм) и остаются только линии, принадлежащие комплексу
Сопоставление излучательных линий Еи3+ с соответствующими переходами производилось по энергетической структуре 41^- электронных
конфигураций ионов Еи3+ в кристаллах ЕиО13 [13].
На рис. 4 показана кинетика
люминесценции пленки РУО на длине волны 460 нм, пленки комплекса Еи^КЬБру на длине волны 614 нм и композитной пленки РУО: Еи^К)3Бру на длине волны 616 нм.
Рис. 4 — Кинетика люминесценции PVC (точки), Eu (DK)3Bpy (пунктир) и PVC: Eu (DK)3Bpy
(линия)
Для PVC наблюдается экспоненциальное затухание люминесценции со временем 183 мкс. В чистом комплексе и композите обнаружено более сложное поведение кинетики люминесценции с нарастанием и спадом. Причем в композите, как это видно из рис. 4, время нарастания и спада кинетики люминесценции увеличено.
На рис. 5 показаны спектры люминесценции комплекса Eu (DK)3Bpy и композита PVC: Eu (DK)3Bpy при соотношении концентрации «гость-хозяин» 1:1 через 5t = 200 мкс после возбуждающего импульса.
Л (н м)
Рис. 5 — Спектры люминесценции чистого
комплекса Еи (йК)3Вру (пунктир) и композита РУО: Еи (йК)3Вру (линия) при временном сдвиге относительно импульса возбуждения 200 мкс (Хехс = 337нм)
В спектре люминесценции композита наблюдается значительное увеличение
интенсивности люминесценции на длине волны 616 нм. Рост квантового выхода люминесценции в композите РУО: ЕирК)3Бру объясняется отсутствием концентрационного тушения люминесценции или его уменьшением, которое

происходит в чистом комплексе Eu (DK)3Bpy.
Концентрационное тушение возникает вследствие того, что в концентрированной пленке происходит перенос энергии возбуждения от одного комплекса к другому до ближайшего центра стока энергии, которым может оказаться, например, какой-либо дефект. В разбавленной системе (композите) такой механизм затруднен.
Заключение
Обнаружено значительное увеличение
интенсивности люминесценции в композите
PVC: Eu (DK)3Bpy по сравнению с чистым
комплексом. В чистом комплексе и композите
обнаружено сложное поведение кинетики
люминесценции с нарастанием и спадом, причем в композите время затухания люминесценции увеличено. Увеличение интенсивности и времени затухания люминесценции Eu в композите
объясняется структурными особенностями комплекса (эффект антенны), определяющими передачу энергии между ним и полимером.
Авторы благодарят за финансовую поддержку РФФИ, грант 11−03−597
Литература
1. Yang, R. Conjugated Oligoelectrolyte Electron Transport/Injection Layers for Organic Optoelectronic Devices / Yang R., Xu Y., Dang X.D., Nguyen T.Q., Cao Y., Bazan G.C. // J. Am. Chem. Soc. — 2008. — V. 130 (11). -P. 3282−3283.
2. Zhong, H. New Conjugated Triazine Based Molecular Materials for Application in Optoelectronic Devices: Design, Synthesis, and Properties / H. Zhong, H. Lai, Q. Fang // J. Phys. Chem. C. — 2011. — V. 115 (5). — P. 2423−2427.
3. Cias, P. Hole Transport in Triphenylamine Based OLED Devices: From Theoretical Modeling to Properties Prediction / Cias P., Slugovc C., Gescheidt G. // J. Phys. Chem. A. — 2011. — V. 115 (50). — P. 14 519−14 525.
4. Hulvat, J. Self-Assembly and Luminescence of Oligo (p-phenylene vinylene) Amphiphiles / J. Hulvat, M. Sofos // Am. Chem. Soc. — 2005. — V. 127 (1). — P. 366−372.
5. Qian, Y. A Novel Mesogen-Jacketed Liquid Crystalline Electroluminescent Polymer with Both Thiophene and Oxadiazole in Conjugated Side Chain / Qian Yang, Yiding Xu, Hao Jin at al // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. — 2010. — V. 48. — P. 1502−1515.
6. A. de Bettencourt-Dias, Lanthanide-based emitting materials in light-emitting diodes / A. de Bettencourt-Dias // Dalton Trans. — 2007. — Р. 2229−2241.
7. Xin, Q. Improved electroluminescent performances of europium-complex based devices by doping into electron-transporting/hole-blocking host / Q. Xin, W.L. Li, G.B. Che, W.M. Su, X.Y. Sun, B. Chu, B. Li. // Appl. Phys. Lett. -2006. — V. 89. — P. 223 521−223 524.
8. Binnemans, K. Lanthanide-Based Luminescent Hybrid Materials / Koen Binnemans // Chem. Rev. — 2009. — V. 109. — P. 4283−4374.
9. Galyametdinov, Yu.G. Polarized Luminescence from Aligned Samples of Nematogenic Lanthanide Complexes / Yu.G. Galyametdinov, A.A. Knyazev, V.I. Dzhabarov, T. Cardinaels, K. Driesen, C. Gorller-Walrand, K. Binnemans // Advanced Materials. — 2008. — V. 20. — P. 252−257.
10. Dzhabarov, V.I. Tris (P-diketonates) lanthanum nematic adducts / V.I. Dzhabarov, A.A. Knyazev, M.V. Strelkov, E. Yu. Molostova, V.A. Schustov, W. Haase, Yu.G. Galyametdinov // Liquid Crystals. — 2010. — V. 37. — № 3. -P. 285 — 291.
11. Молостова, Е. Ю. Оптически изотропные люминесцентные материалы на основе комплексов лантаноидов / Е. Ю. Молостова, В. И. Джабаров, Е. Г. Хомяков, Д. В. Лапаев, В. С. Лобков, Ю. Г. Галяметдинов // Вестник Казан. технол. ун-та. — 2010. — № 7. — С. 64−68.
12. Князев, А. А. Жидкокристаллический аддукт Р-дикетоната Eu (III) с 5,5'-ди (гептадецил)-2,2'-бипиридином / А. А. Князев, В. С. Лобков, Ю. Г. Галяметдинов // Известия. РАН, серия химическая. -2004. — № 4.- С. 904 — 905.
13. Золин, В. Ф. Редкоземельный зонд в химии и биологии / В. Ф. Золин, Л. Г. Коренева. — М.: Наука, 1983.
© А. А. Князев — канд. хим. наук, доц. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, knjazev2001@mail. ru- Е. Ю. Молостова — асс. той же кафедры, elena_molostova@inbox. ru- Д. В. Лапаев — мл. науч. сотр. лаб. БМП КФТИ КазНЦ РАН, lapaev@kfti. knc. ru- А. С. Крупин — студ. КНИТУ- В. С. Лобков — ст. науч. сотр. лаб. БМП КФТИ КазНЦ РАН, lobkov@kfti. knc. ru- Ю. Г. Галяметдинов — д-р хим. наук, проф., зав. каф. физической и коллоидной химии КНИТУ, yugal2002@mail. ru.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой