Гібридні фотолюмінесцентні нанокомпозити на основі спряжених полімерів

Реферат: Гібридні фотолюмінесцентні нанокомпозити на основі спряжених полімерів, якими, зокрема, є поліпарафеніленвінілен, кополімер Super Yellow, полі(2-метокси-5-(2'-етилгексилокси)-1,4феніленвінілен). Містять спряжений полімер та непористі неорганічні наночастки, зокрема аморфного пірогенного діоксиду кремнію розміром 5-40 нм. UA 96203 U (54) ГІБРИДНІ ФОТОЛЮМІНЕСЦЕНТНІ НАНОКОМПОЗИТИ НА ОСНОВІ СПРЯЖЕНИХ ПОЛІМЕРІВ UA 96203 U UA 96203 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гібридних органо-неорганічних нанокомпозитів на основі спряжених полімерів та непористих неорганічних наночасток, зокрема діоксиду кремнію, які можуть мати застосування в оптичних та опто-електронних пристроях завдяки своїм люмінесцентним властивостям. Відомі аналоги є спряжені полімери, які здатні до фотолюмінесценції в різних областях спектра. Зокрема, поліпарафеніленвінілен, PPV, здатен до фотолюмінесценції зеленого кольору з максимумом знаходиться в області 530 нм [V. Zucolotto, Ä.D. Faceto, F.R. Santos, С.R. Mendonça, F.E.G. Guimarães, O.N. Oliveira Jr. Molecular-Level Control of the Photoluminescence from PPV Nanostructured Films. J. Phys. Chem. B, 2005, v. 109, p. 7063-7066]; кополимер SuperYellow (Merck), SY, здатен до фотолюминесценції жовтого кольору з максимумом в області 550 нм [Е.W. Snedden, L.A. Cury, K.N. Bourdakos, A.P. Monkman. High photoluminescence quantum yield due to intramolecular energy transfer in the Super Yellow conjugated copolymer. Chem. Phys. Lett., 2010, v. 490, p. 76-79]; поли(2-метокси-5-(2'-этилгексилокси)-1,4фениленвинилен), MEH-PPV, здатен до фотолюминесценції оранжевого кольору з максимумом в області 595 нм [С.J. Collison, L.J. Rothberg, V. Treemaneekarn, Yi Li. Conformational Effects on the Photophysics of Conjugated Polymers: A Two Species Model for MEH-PPV Spectroscopy and Dynamics. Macromolecules, 2001, v. 34, p. 2346-2352]. Однак, недостатньо висока інтенсивність їх фотолюмінесценції слугує перепоною для виготовлення високоефективних оптичних та оптоелектронних пристроїв на їх основі. Відомий аналог є гібридні органо-неорганічні композити на основі спряжених полімерів та часток нанопористих неорганічних матриць [О.Ю. Посудієвський, Г.М. Тельбіз. Патент України № 17037, 2006], які мають здатність до фотолюмінесценці більш інтенсивної, ніж фотолюмінесценція відповідного індивідуального спряженего полімеру. Однак, аналог, який передбачає синтез нанопористих неорганічних матриць та інтеркаляцію макромолекул спряженого полімеру в нанорозмірні пори, є довготривалим, трудомістким і дорогим. Крім того, такі гібридні композити не здатні утворювати стабільні дисперсії, що заважає виготовленню високоефективних оптичних та оптоелектронних пристроїв на їх основі. В основу корисної моделі постала задача створення гібридних органо-неорганічних нанокомпозитів з розташуванням макромолекул спряженого полімеру в умовах просторового обмеження всередині простору між непористими неорганічними нанорозмірними частками, які б за рахунок вказаної просторової будови мали більш ефективні фотолюмінесцентні властивості. Поставлена задача вирішується тим, що гібридними органо-неорганічними нанокомпозитами на основі спряжених полімерів та непористих неорганічних наночасток, зокрема діоксиду кремнію з розміром часток 5-40 нм, при наступному співвідношенні між компонентами: спряжений полімер від 1,0 до 20 % решта до діоксид кремнію 100 %. Використання обмежуючого впливу наноструктурованої неорганічної матриці на макромолекули спряженого полімеру, які ізольовані всередині простору між нанорозмірними неорганічними частками, зменшує взаємодію між полімерними ланцюгами, що впливає на їх конформацію та електронну структуру, що може забезпечити збільшення інтенсивності люмінесценції внаслідок зростання сили осцилятора внутрішньомолекулярного хромофору. Одержання нанокомпозитів здійснювали з використанням як неорганічної компоненти гібридних наноматеріалів аморфного пірогенного діоксиду кремнію Orisil300 (Orisil), O300, який характеризується питомою поверхнею 300±30 м/г, часткою SiO2 не менше 99,9 %, відсутністю власної пористості, розміром часток сферичної форми 5-20 нм. Ультразвукову обробку та центрифугування дисперсій проводили з використанням Sonopuls HD2070 (Bandelin) і центрифуги 5430 (Eppendorf). Спектри фотолюмінесценції реєстрували на спектрофотометрі LS55 (Perkin Elmer). Одержання аналога 1. Для одержання зразка PPV плівку полімеру-прекурсору полі(рксилентетрагідротіофенхлориду) (№ 540765, Aldrich) - наносили на скляну підкладку з водного розчину з концентрацією 0,25 мг/мл методом спін-коатінгу та піддавали термообробці при 200 °C у вакуумі протягом 7 годин. Одержання спряженого полімеру підтверджено появою в ІЧспектрі плівки характеристичних смуг поглинання макромолекул PPV в області 560, 835, 963, -1 1423 та 1516 cм [D.М. Byler, Y. Patel, G.A. Arbuckle-Keil. An IR study of poly-1,4phenylenevinylene (PPV), the 2,5-dimethoxy derivative [(MeO)2-PPV], and their corresponding xanthate precursor polymers and monomers. Spectrochim. Acta A 2011, v. 79, p. 118-126; D. D. С 1 UA 96203 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Bradley, R.H. Friend, H. Lindenberger, S. Roth. Infra-red characterization of oriented poly(phenylene vinylene). Polymer, 1986, v. 27, p. 1709-1713]. Одержання аналога 2. Для одержання зразка кополімеру SY плівку кополімеру SuperYellow (PDY-132, Merck) наносили на скляну підкладку з 0,5 мг/мл розчину кополімеру в толуолі методом спін-коатінгу та висушували її у вакуумі при кімнатній температурі протягом 3 годин. Одержання аналога 3. Для одержання зразка полімеру MEH-PPV плівку полі(2-метокси-5-(2'-етилгексилокси)-1,4феніленвінілен) (№ 536512, Aldrich) наносили на скляну підкладку з 0,5 мг/мл розчину полімеру в толуолі методом спін-коатінгу та висушували її у вакуумі при кімнатній температурі протягом 3 годин. Приклад 1. Для одержання гібридного нанокомпозиту на основі PPV та О300, PPV/O300, до 10 мл водного розчину полімеру-прекурсору полі(р-ксилентетрагідротіофенхлориду) (№ 540765, Aldrich) - з концентрацією 0,25 мг/мл додавали 23,8 мг свіжопрожареного (8 годин при температурі 500 °C) O300 при постійному механічному перемішуванні. Потім дисперсію обробляли ультразвуком протягом 1 години і центрифугували при швидкості обертання 3500 об./хв. Верхню половину одержаної дисперсії використовували для виготовлення плівки, яку наносили на скляну підкладку методом спін-коатінгу, а потім піддавали термообробці у вакуумі при температурі 200 °C протягом 7 годин. Фотолюмінесцентні спектри гібридного нанокомпозиту PPV/O300, у порівнянні з аналогом 1, наведено на фігурі 1 при довжині хвилі збуджуючого світла 320 нм. Приклад 2. Для одержання плівок гібридного нанокомпозиту SY/O300 до 10 мл розчину SY в толуолі з концентрацією 0,5 мг/мл додавали 47,6 мг свіжопрожареного O300 при постійному механічному перемішуванні. Потім дисперсію обробляли ультразвуком протягом 30 хвилин, наносили на скляну підкладку методом спін-коатінгу та висушили в вакуумі при кімнатній температурі протягом 3 годин (нанокомпозит SY9/ O300). Фотолюмінесцентні спектри гібридного нанокомпозиту SY9/O300, у порівнянні з аналогом 2, наведено на фігурі 2 при довжині хвилі збуджуючого світла 420 нм. Приклад 3. Для одержання плівок гібридного нанокомпозиту SY/O300 до 10 мл розчину SY в толуолі з концентрацією 0,5 мг/мл додавали 23,7 мг свіжо прожареного О300 при постійному механічному перемішуванні. Потім дисперсію обробляли ультразвуком протягом 30 хвилин, наносили на скляну підкладку методом спін-коатінгу та висушували у вакуумі при кімнатній температурі протягом 3 годин (нанокомпозит SY17/O300). Фотолюмінесцентні спектри гібридного нанокомпозиту SYn/O300, у порівнянні з аналогом 2 та прикладом 2, наведено на фігурі 3 при довжині хвилі збуджуючого світла 420 нм. Приклад 4. Для одержання плівок гібридного нанокомпозиту MEH-PPV/O300 до 10 мл розчину MEH-PPV в толуолі з концентрацією 0,5 мг/мл додавали 47,6 мг свіжопрожареного О300 при постійному механічному перемішуванні. Потім дисперсію обробляли ультразвуком протягом 30 хвилин, наносили на скляну підкладку методом спін-коатінгу та висушували у вакуумі при кімнатній температурі протягом 3 годин. Фотолюмінесцентні спектри гібридного нанокомпозиту MEH-PPV/O300, у порівнянні з аналогом 3, наведено на фігурі 4 при довжині хвилі збуджуючого світла 440 нм. Дані, які наведені на Фігурах 1-4, свідчать про те, що гібридні нанокомпозити на основі спряжених полімерів та діоксиду кремнію O300 суттєво переважають відповідні індивідуальні спряжені полімери за величиною інтенсивності фотолюмінесценції. Застосування корисної моделі включає всі звичайні варіації, адаптації та/або модифікації, які входять в межі наступної формули винаходу, та їх еквіваленти. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Гібридні фотолюмінесцентні нанокомпозити на основі спряжених полімерів, якими, зокрема, є поліпарафеніленвінілен, кополімер Super Yellow, полі(2-метокси-5-(2'-етилгексилокси)-1,4феніленвінілен), які відрізняються тим, що містять спряжений полімер та непористі неорганічні наночастки, зокрема аморфного пірогенного діоксиду кремнію розміром 5-40 нм, при наступному співвідношенні компонентів, %: спряжений полімер від 1до 20 2 UA 96203 U діоксид кремнію решта до 100. 3 UA 96203 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 4