Спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів

Реферат: Спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів у розчині стабілізатора взаємодією солі кадмію та сульфіду натрію при інтенсивному перемішуванні реакційної суміші. Як стабілізатор люмінесцентних наночастинок сульфіду кадмію використовують розчин -2 гуанідинвмісного розгалуженого олігомеру (ГРО) 110 М в диметилформаміді. Як сіль кадмію 1М водний розчин хлориду кадмію та додатковий стабілізатор - 1М водний розчин тіопропіонової кислоти (ТПК) за співвідношенням ГPO:CdCb:Na2S:TnK 0,00046:1:1:(0,54), за температури синтезу - 10 °C. UA 92904 U (12) UA 92904 U UA 92904 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сполук сульфіду кадмію та призначена для використання при виготовленні люмінесцентних матеріалів. Відомий спосіб отримання наночастинок (НЧ) сульфіду кадмію для люмінофорів високотемпературний колоїдний синтез в полярних розчинниках [1], базується на взаємодії 1 мл 13,55 ммоль диметилкадмію в середовищі триоктилфосфіноксиду (ТОРО) (25,0 мл) та 1 мл 10,00 ммоль триоктилфосфінсульфіду (TOPS) в середовищі ТОРО (10,0 мл), при температурі 300-500 °C. При цьому ТОРО координує поверхневі атоми кадмію, утворюючи гібридні наноструктури CdS/TOPO. Недоліком такого способу виробництва сульфіду кадмію є низький вихід кінцевих продуктів, високі температури синтезу (300-500 °C), використання токсичних реактивів та інертної атмосфери. Процес переведення НЧ сульфіду кадмію отриманих високотемпературним синтезом у водне середовище призводить до значного падіння квантового виходу люмінесценції (до 20 % втрат). Найближчим за технічною суттю є спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів [2], який полягає в тому, що у водний розчин стабілізатора - желатину з концентрацією 3-7 % вводять водний 0,025М розчин нітрату кадмію (Сd(NO3)2) і при безперервному перемішуванні з швидкістю 250 об./хв., за температури розчинення желатину (40 °C), приливають 0,25М водного розчину сульфіду натрію (Na2S). Отримані наночастинки сульфіду кадмію (CdS), завдяки стабілізуючим властивостям желатину, не коагулюють і перебувають у змуленому стані. Недоліком цього способу є неконтрольований ріст НЧ CdS, велика дисперсність за їх розміром, що суттєво впливає на квантовий вихід фотолюмінесценції (ФЛ) нанолюмінофора. Задачею корисної моделі є одержання концентрованих, монодисперсних, високолюмінесцентних, стабільних НЧ сульфіду кадмію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів у розчині стабілізатора взаємодією солі кадмію та сульфіду натрію при інтенсивному перемішуванні реакційної суміші, згідно з корисною моделлю, як стабілізатор -2 використовують розчин 110 М гуанідинвмісного розгалуженого олігомеру (ГРО) в диметилформаміді, як сіль кадмію - 1М розчин хлориду кадмію та додатковий стабілізатор - 1М водний розчин тіопропіонової кислоти (ТПК) за співвідношенням ГPO:CdCl2:Na2S:TПK=0,00046:1:(0,54), за температури синтезу - 10 °C. Гуанідинвмісний розгалужений олігомер був синтезований на основі ароматичного олігоепоксиду та гуанідину. Розмір та розподіл за розміром НЧ CdS визначали методом динамічного розсіювання світла за допомогою приладу Zetasizer Nano (Malvern Instruments), а також з використанням відомих кореляційних залежностей між положенням першого спектрального максимуму в спектрах поглинання колоїдів та середнім розміром НЧ CdS. Спектри поглинання реєстрували на двопроменевому спектрофотометрі Specord 210 (Analitik Jena). Спектри фотолюмінесценції та збудження фотолюмінесценції реєстрували на люмінесцентному спектрометрі Perkin-Elmer LS55. Спектри люмінесценції реєстрували при збудженні світлом з λ=400 нм, спектр збудження ФЛ реєстрували при 550 нм. Інтенсивність люмінесценції вимірювали у відносних одиницях шляхом порівняння з прототипом, вихід люмінесценції якого прийняли за 1 від. од. [2]. Для оцінки квантового виходу фотолюмінесценції колоїдних частинок CdS використовували твердий антрацен як люмінесцентний стандарт, квантовий вихід якого, в умовах повного поглинання світла, становить 100 % [3]. В результаті хімічної реакції між хлоридом кадмію і сульфідом натрію у диметилформаміді, що містить ТПК та розгалужений гуанідинвмісний олігомер утворюються стабільні, прозорі, високолюмінесцентні розчини наночастинок сульфіду кадмію, які завдяки використанню як стабілізатора ТПК та розгалуженого гуанідинвмісного олігомеру зберігають агрегаційну стійкість протягом декількох місяців. Запропонований спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію пояснюється прикладами: Приклад № 1 -4 До 9,75 мл диметилформаміду, що містить 4,610 моль розгалуженого гуанідинвмісного олігомеру, додавали 0,1 мл 1М водного розчину хлориду кадмію, 0,05 мл 1М розчину ТПК та 0,1 мл 1М розчину Na2S за співвідношенням ГPC:CdCl2:TПK:Na2S=0,00046:1:0,5:1, за температури 10 °C. Розчин безперервно перемішували за допомогою магнітної мішалки зі швидкістю 250 об./хв. Середній розмір синтезованих наночастинок CdS, що оцінений зі спектра поглинання та визначений методом динамічного розсіювання світла, становив 5-8 нм. Вихід люмінесценції дорівнював 3,26 відн.од., квантовий вихід ФЛ становив 1,8 %. Приклад № 2 1 UA 92904 U 5 10 15 20 25 Умови синтезу такі, що і в прикладі № 1, за винятком того, що концентрація ТПК в кінцевому -2 розчині становила 110 моль/л (ГPO:CdCl2:TПK:Na2S=0,00046:1:1:1). Середній розмір наночастинок CdS дорівнював 4-5 нм. Вихід люмінесценції дорівнював 3,33 відн.од., квантовий вихід ФЛ становив 2,0 %. Приклад № 3 Умови синтезу такі, що і в прикладі № 1, за винятком того, що концентрація ТПК в кінцевому -2 розчині становила 210 моль/л (ГPO:CdCl2:TПK:Na2S=0,00046:1:2:1). Середній розмір наночастинок CdS, 3-4 нм. Вихід люмінесценції дорівнював 9,49 відн. од, квантовий вихід ФЛ становив 5,4 %. Приклад № 4 Умови синтезу такі, що і в прикладі №1, за винятком того, що концентрація ТПК в кінцевому -2 розчині складала 310 моль/л (ГPO:CdCl2:TПK:Na2S=0,00046:1:3:1). Середній розмір наночастинок CdS складав 3-4 нм. Вихід люмінесценції дорівнював 13,25 відн.од., квантовий вихід ФЛ становив 7,3 %. Приклад № 5 Умови синтезу такі, що і в прикладі № 1, за винятком того, що концентрація ТПК в кінцевому -2 розчині складала 410 моль/л (ГPO:CdCl2:TПK:Na2S=0,00046:1:4:1). Середній розмір наночастинок CdS дорівнював 3-4 нм. Вихід люмінесценції дорівнював 14,75 відн.од., квантовий вихід ФЛ становив 8,4 %. При концентраціях розчину тіопропіонової кислоти в запропонованому методі менш ніж -3 510 моль/л, її кількість недостатня для стабілізації усіх наночастинок, в результаті чого спостерігалася широка дисперсія розмірів наночастинок, низька їх агрегаційна стабільність, а -2 також зниження інтенсивності ФЛ. При концентрації кислоти понад 410 моль/л спостерігали помутніння розчину, що може бути пов'язане з утворенням нерозчинних комплексів між тіопропіоновою кислотою та іонами кадмію. Результати вимірювань люмінесцентних властивостей та розрахованих середніх розмірів синтезованих наночастинок сульфіду кадмію наведено у таблиці. Таблиця Залежність люмінесцентних властивостей наночастинок сульфіду кадмію від їх середнього розміру та концентрації розчину тіопропіонової кислоти № прикладу 1 2 3 4 5 Концентрація тіопропіонової кислоти, моль/л* -3 510 -2 110 -2 210 -2 310 -2 410 За прототипом прототип CdS-желатинстабілізатор Середній діаметр Вихід наночастинок CdS, люмінесценції, нм від.од. 5-8 3,26 4-5 3,33 3-4 9,49 3-4 13,25 3-4 14,75 5,6-6,4 Квантовий вихід люмінесценції, % 1 1,8 2,0 5,4 7,3 8,4 0,58 -6 * Примітка - концентрація гуанідинвмісного олігомеру складала 4,710 моль/л 30 35 Як видно з таблиці, одержані колоїдні розчини наночастинок сульфіду кадмію, стабілізовані тіопропіоновою кислотою та гуанідинвмісним олігомером в середовищі ДМФА, мають більш ніж на порядок вищі виходи люмінесценції у порівнянні з прототипом. Джерела інформації: 1. Murray С.В., Norm D.J., Bawendi M.G. Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E=S, Se, Те) semiconductor nanocrystallites// J. Amer.Chem. Soc. - 115. - 1993. - P. 87068715. 2. Патент на корисну модель № 60080 Україна. Спосіб одержання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів/ В.М. Скобєєва, В.А. Сминтина, М.В. Малушин; заявники і 2 UA 92904 U патентовласники Одеський національний університет ім. Мечникова - № u200712247; заявл. 05.11.07; опубл. 25.01.08, Бюл. № 11. – прототип. 3. Pringsheim P. Luminescence of liquids and solids and its practical application/ P. Pringsheim, M. Vogel. - New York: Interscience Publishers, 1946. - P. 114-117. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб отримання наночастинок сульфіду кадмію для люмінофорів у розчині стабілізатора взаємодією солі кадмію та сульфіду натрію при інтенсивному перемішуванні реакційної суміші, який відрізняється тим, що як стабілізатор люмінесцентних наночастинок сульфіду кадмію -2 використовують розчин гуанідинвмісного розгалуженого олігомеру (ГРО) 110 М в диметилформаміді, як сіль кадмію - 1М водний розчин хлориду кадмію та додатковий стабілізатор - 1М водний розчин тіопропіонової кислоти (ТПК) за співвідношенням ГPO:CdCb:Na2S:TnK 0,00046:1:1:(0,54), за температури синтезу - 10 °C. 15 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3