Полімерний фотолюмінесцентний матеріал

Реферат: Полімерний фотолюмінесцентний матеріал містить полімерну матрицю та люмінесцентну речовину - НЧ CdS. Як полімерну матрицю він містить епоксидну смолу DER-331, гуанідинвмісну епоксидну смолу з отверджувачами, поліетиленполіаміном та гуанідинвмісним розгалуженим олігомером та люмінофор - люмінесцентну речовину CdS, з середнім розміром НЧ 4,2 нм, стабілізовану гуанідинвмісним розгалуженим олігомерам, тіопропіоновою кислотою і водним розчином нітрату срібла. UA 95213 U (12) UA 95213 U UA 95213 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до матеріалів на основі полімерів та неорганічних люмінесцентних речовин, що призначена для створення концентраторів сонячної енергії. Відомі фотолюмінесцентні матеріали на основі желатину, який часто використовується як матриця для введення в нього наночастинок (НЧ), зокрема CdS. [1]. Перевагою відомого матеріалу є достатньо висока агрегаційна стабільність колоїдів сульфіду кадмію, їх недоліком є неможливість досягнути високої ефективності випромінювальної рекомбінації фотогенерованих носіїв заряду (квантові виходи люмінесценції таких матеріалів не перевищують 5 %). Найближчим аналогом запропонованої корисної моделі є фотолюмінесцентний матеріал, який містить полімерну матрицю - полімерну сполуку з ряду полістирол-блок-поліетиленоксиду, полістирол-блок-4-вінілпірідину та люмінесцентну речовину сульфід кадмію, що у вигляді НЧ введений в плівку [2]. Її перевагою є малий, близько 2-8 нм розмір НЧ, а недоліком - невеликий квантовий вихід люмінесценції, який складає величину до 7 %. Задачею корисної моделі є удосконалення полімерного фотолюмінесцентного матеріалу та підвищення квантового виходу фотолюмінесценції (ФЛ) наночастинок CdS, стабілізованих гуанідинвмісним розгалуженим олігомером (ГРО) та нітратом срібла. Поставлена задача вирішується тим, що полімерний фотолюмінесцентний матеріал, що містить полімерну матрицю та люмінесцентну речовину - НЧ сульфіду кадмію, згідно з корисною моделлю, як полімерну матрицю містить епоксидну смолу (EC) DER-331 та гуанідинвмісну епоксидну смолу (ГЕС) з отверджувачами поліетиленполіаміном (ПЕПА) та гуанідинвмісним розгалуженим олігомером та люмінофор - люмінесцентну речовину CdS з середнім розміром наночастинок 4,2 нм, стабілізованих гуанідинвмісним розгалуженим олігомером, тіопропіоновою кислотою (ТПК) та водним розчином нітрату срібла за такого співвідношення компонентів, (мас. ч): полімерна матриця епоксидна смола 1,00 DER-331 гуанідинвмісна 0,33 епоксидна смола поліетиленполіамін 0,5 гуанідинвмісний розгалужений 0,33 олігомер люмінофор CdS 0,001 ГРО 0,0035 тіопропіонова кислота 0,0021 нітрат срібла 0,0000012-0,000036 Для стабілізації наночастинок використовували розгалужений гуанідинвмісний олігомер з кінцевими гуанідиновими фрагментами М=11300 г/моль [3]. Як полімерну матрицю використовували гуанідинвмісну епоксидну смолу [4]. Приготування запропонованого полімерного фотолюмінісцентного матеріалу здійснювали при інтенсивному перемішуванні епоксидної смоли DER-331, гуанідинвмісної епоксидної смоли, гуанідинвмісного розгалуженого олігомеру, НЧ CdS, стабілізованих ГРО та тіопропіоновою кислотою та нітратом срібла в диметилформаміді за кімнатної температури. Отримували низьков'язку композицію світло-жовтого кольору. Отверднення матеріалу проводили спочатку за кімнатної температури протягом двох діб і при 80 ºС протягом 6 годин. Для отвердненого фотолюмінесцентного матеріалу визначали вміст гель-фракції шляхом екстрагування ацетоном, яка становить 87-92 %. Спектри поглинання НЧ CdS 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=380 нм, спектри збудження ФЛ реєстрували при 540 нм. Розмір та розподіл за розміром НЧ CdS визначали методом динамічного розсіювання світла за допомогою Zetasizer Nano (Malvern Instruments), а також з використанням теорії наближення ефективних мас носіїв [5]. Для оцінки квантового виходу ФЛ колоїдних частинок CdS використовували твердий антрацен як люмінесцентний стандарт, квантовий вихід люмінесценції якого, в умовах повного поглинання світла, становить 100 % [6]. -2 -6 Було знайдено оптимальне співвідношення реагентів CdS-1×10 моль/л, 4,7·10 моль/л 2 розгалуженого гуанідинвмісного олігомеру та 3×10- моль/л тіопропіонової кислоти в 1 UA 95213 U 5 диметилформаміді за співвідношення CdS/ГРO:TПК:AgNO 3=0,001:0,0045:0,0021:(0,00000120,000036), при якому утворюються наночастинки CdS з середнім розміром 4,2 нм, що характеризуються вузьким розподілом за розміром (біля 10 %) та достатньо високими квантовими виходами фотолюмінесценції в діапазоні 400-650 нм. Для підвищення інтенсивності ФЛ наночастинок CdS під час їх синтезу додатково вводять іони Ag+ з концентрацією в діапазоні -5 -4 1×10 -3×10 моль/л. При цьому спостерігається суттєве підвищення інтенсивності ФЛ (див. табл.). Таблиця Квантовий вихід люмінесценції запропонованого полімерного фотолюмінесцентного матеріалу Склад полімерної композиції, % фотолюмінісцентної Розмір наночастинок до Квантовий вихід введення в полімерну люмінесценції, % матрицю, нм Приклад 1 Полімерна матриця Епоксидна смола 1,00 Гуанідинвмісна епоксидна 0,33 смола Поліетиленполіамін 0,5 Гуанідинвмісний олігомер 0,33 Люмінофор CdS 0,001 ГРО 0,0035 ТПК 0,0021 AgNO3, 0,0000012 Приклад 2 Полімерна матриця Епоксидна смола 1,00 Гуанідинвмісна епоксидна 0,33 смола Поліетиленполіамін 0,5 Гуанідинвмісний олігомер 0,33 Люмінофор CdS 0,001 ГРО 0,0035 ТПК 0,0021 AgNO3 0,000024 Приклад 3 Полімерна матриця Епоксидна смола 1,00 Гуанідинвмісна епоксидна 0,33 смола Поліетиленполіамін 0,5 Гуанідинвмісний олігомер 0,33 Люмінофор CdS 0,001 ГРО 0,0035 ТПК 0,0021 AgNO3 0,000036 Найближчий аналог Полістирол-блок0,05 поліетиленоксид MM 4000 CdS 0,0084 10 4,2 8,3 4,2 9,7 4,2 19 2-8 7,00 Як видно з таблиці, одержаний полімерний фотолюмінесцентний матеріал має вищий квантовий вихід люмінесценції у порівнянні з найближчим аналогом. Джерела інформації: 2 UA 95213 U 5 1. A. Chahboun, S. Levichev, A.G. Rolo, О. Conde // Jornal of luminescence. 2009/ - 129-p. 12351238. 2. Патент 2370517 Росія (найближчий аналог). 3. Деклараційний патент України на корисну модель № 64655 від 10.11.2011, Бюл. 21, 2011. 4. Деклараційний патент на корисну модель № 64656 від 10.11.2011, Бюл. 21, 2011. 5. Крюков А.И., Кучмий С.Я., Походенко В.Д. // Теорет. эксперим. химия. - 2000. - 36, № 2. С. 69-88. 6. Прингсхейм П., Фогель М. // Люминесценция жидких и твердых тел. - Москва: гос. изд. ин. лит. - 1948. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Полімерний фотолюмінесцентний матеріал, що містить полімерну матрицю та люмінесцентну речовину - НЧ CdS, який відрізняється тим, що як полімерну матрицю він містить епоксидну смолу DER-331, гуанідинвмісну епоксидну смолу з отверджувачами, поліетиленполіаміном та гуанідинвмісним розгалуженим олігомером та люмінофор - люмінесцентну речовину CdS, з середнім розміром НЧ 4,2 нм, стабілізовану гуанідинвмісним розгалуженим олігомерам, тіопропіоновою кислотою і водним розчином нітрату срібла за такого співвідношення компонентів (мас. ч.): 20 полімерна матриця епоксидна смола DER- 331 1,00 гуанідинвмісна епоксидна 0,33 смола поліетиленполіамін 0,5 гуанідинвмісний 0,33 розгалужений олігомер люмінофор CdS 0,001 ГРО 0,0035 тіопропіонова кислота 0,0021 0,0000012нітрат срібла 0,000036 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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