Нанокомпозиты на основе гибридных квантовых точек и PFO

УДК 535.37

Р. Р. Шамилов, А. А. Нугаева, Д. Н. Чаусов, В. В. Беляев, Ю. Г. Галяметдинов

НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНЫХ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК И PFO

Ключевые слова: гибридные квантовые точки, селенид кадмия, нанокомпозит, PFO.

Получены нанокомпозиты гибридных квантовых точек СdSe/CdS с сопряженным полимером поли-^^-ди-^ октилфлуоренил-2,7-диилом) и исследованы их оптические свойства. Подобрано оптимальное соотношение люминофоров для получения белого света излучения. Представлены результаты зависимостей интенсивности люминесценции компонентов от длины волны возбуждения.

Key words: hybrid quantum dots, cadmium selenide, nanocomposite, PFO.

It was obtained nanocomposites of CdSe/CdS hybrid quantum dots with conjugated polymer poly-(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) and investigated their optical properties. It was found the optimal ratio of the phosphors for white light emission. The results of the luminescence intensity of the components in dependence of the excitation wavelength are presented.

Введение

Квантовые точки (КТ) на основе халькоге-нидов кадмия, обладающие интенсивной размерно-зависимой люминесценцией, применяются в качестве люминофоров для светоизлучающих устройств [1]. В последнее время наметилась тенденция получения КТ из доступных и стабильных реагентов с применением методик применяемых в коллоидном синтезе [2]. При этом, с целью увеличения люминесцентных характеристик, на ядра наночастиц наращивается оболочка из более широкозонного полупроводника, создавая тем самым гибридные структуры типа ядро-оболочка [3].

Разработка гибридных материалов, сочетающих в себе неорганические нанообъекты - КТ и органические материалы - люминесцентные и оптически прозрачные полимеры, является актуальной задачей на сегодняшний день [4]. Решение этой задачи позволит получить нанокомпозиты, устойчивые к воздействию окружающей среды и обладающие дополненными и улучшенными оптическими свойствами [5, 6].

Наиболее востребованной является разработка на основе КТ энергоэффективных источников белого света [7]. Такие наноструктурированные композиты, при использовании их в качестве активных слоев светоизлучающих диодов, позволяют совмещать и комбинировать в одном приборе излучение всех компонентов. Выбор КТ в качестве люминофоров для данных устройств обусловлен их повышенной фотостабильности, узкого и интенсивного пика эмиссии, что раскрывает широкие перспективы для практического применения.

В связи с этим, целью данной работы является получение нанокомпозитов на основе гибридных КТ CdSe/CdS и оптически активного полимера PFO с белым светом излучения, а также исследование их оптических свойств.

Экспериментальная часть

Спектры люминесценции и поглощения исследуемых образцов были получены на спектроф-луориметре Cary Eclipse (Varian) и на сканирующем

двухлучевом спектрометре Perkin Elmer Instrumental LAMBDA 35 UV/VIS Spectrometer, соответственно.

Пленки композита были получены на приборе Spin Coater Laurell WS-400-6NPP-LITE, при скорости вращения 1000 об/мин. В качестве подложки для пленок композитов использовались кварцевые стекла, прозрачные в УФ и видимой области спектра.

Обсуждение результатов

Гибридные квантовые точки CdSe/CdS имеющие зеленые (КТЗЕЛ) и красные (КТКР) света излучения были получены водно-органической среде по описанным ранее методам синтеза [8].

Для получения белого света излучения, а также целой гаммы других цветов, кроме зеленого и красного, необходим синий свет излучения. Получение КТ с меньшими размерами, а соответственно и более коротковолновым светом излучения затруднено из-за сложности стабилизации частиц и их высокой поверхностной энергии.

В наших исследованиях в качестве источника синего излучения был использован оптически активный полимер - поли-(9,9-ди-п-октилфлуоренил-2,7-диил) (PFO), который имеет максимум на спектре люминесценции при длине волны 416 нм.

С целью получения композита с белым светом излучения, предварительно были подготовлены отдельные растворы PFO, КТЗЕЛ и КТКР в толуоле с одинаковыми концентрациями (0,33 мг/мл), обладающие пиком люминесценции в синий, зеленой и красной областях оптического спектра, соответственно. На следующем этапе исходные растворы смешивались в разных объемных соотношениях до получения смеси излучающий белый свет, который контролировался УФ лампой (Авозб = 365 нм). Излучение белого света было получено при соотношении 1: 1429: 1190 растворов PFO, КТЗЕЛ и КТКР, соответственно.

Изучение спектральных характеристик показало (рис. 1), что в смеси PFO, КТЗЕЛ и КТКР наблюдается существенное уменьшение интенсивности излучения PFO на длине волны 416 нм, по-сравнению со спектром индивидуального раствора

полимера (при одинаковой концентрации). В то же время происходит небольшое увеличения интенсивности излучения квантовых точек на длине волны 528 нм (КТЗЕЛ) и 632 нм (КТКР). Что связано с поглощением части света, излучаемого полимером, квантовыми точками, которое установлено в результате перекрывания спектра люминесценции PFO и спектров поглощения наночастиц.

Длина волны, нм

Рис. 1 - Спектры излучения смеси PFO, КТЗЕЛ и КТкр

Полученные пленки композита PFO : КТЗЕЛ : КТКР на основе этой смеси под УФ-лампой (Лвозб = 365 нм) также имели белый свет излучения. Анализ спектра люминесценции пленки (рис. 2) показал, что в нанокомпозите происходит незначительное увеличение интенсивности люминесценции КТКР в результате переноса энергии от полимера и от КТЗЕЛ в связи с их близким расположением в конденсированном состоянии. Также происходит изменение в полосе излучения для PFO, в связи с более плотным расположением цепочек полимера в композите.

Длина волны,нм

Рис. 2 - Спектры излучения Лвозб = 365 нм пленки PFO : КТЗЕЛ : КТКР

Компоненты полученного композита чувствительны к кислороду воздуха, поэтому возникает необходимость получения композитов в матрицы полимера, которая способна защитить их от вредных воздействий внешней среде. В связи с этим, следующая задача заключалось в создании люминесцентных композитов, на основе полученной смеси PFO : КТЗЕЛ : КТКР с оптически прозрачным полимером.

В качестве матрицы выбрали полиметилме-такрилат (ПММА), который является оптически

прозрачным в видимой и ближней УФ области спектра света, и имеет оптимальные физико-механические свойства.

Для получения белого света излучения в композите PFO : КТЗЕЛ : КТКР - ПММА понадобилось выбрать новое соотношение люминофоров (3: 2286:1190), что видимо, связано с частичной агломерацией люминофоров в матрице полимера, результатом которого явилось изменение их светоотдачи.

Композиты, полученные на основе смеси люминофоров PFO, КТЗЕЛ и КТкр с полиметилме-такрилатом содержали в своем составе 95% (масс.) полимера.

Люминесцентные свойства композита PFO:КТЗЕЛ:КТкР/ПMMA были исследованы как визуально - путем наблюдения свечения пленок образцов под УФ лампой (Лвозб = 365 нм), так и исследованием спектров излучения полученных образцов.

Для изучения влияния длины волны возбуждения на люминесценцию композита, были сняты спектры возбуждения, на длинах волн излучения отдельных компонентов PFO, КТЗЕЛ и КТКР в композите (рис. 3).

Дпина волны,нм

Рис. 3 - Спектры возбуждения композита PFO:КТЗЕЛ:КТКР/ ПММА

По спектрам видно, что интенсивности (максимумы) излучения, в зависимости от длины волны возбуждения, для каждого люминофора имеет разную зависимость, что позволяет контролировать оттенки излучаемого света, меняя лишь длину волны возбуждения.

Зависимость интенсивности люминесценции композита от длины волны возбуждения представлена на рис. 4.

Белому свету излучения соответствует спектр при длине волны возбуждения 365 нм (пунктирная линия). При длине волны возбуждения 330 нм заметно увеличивается интенсивность излучения наночастиц КТЗЕЛ и КТКР. Следовательно, при большей интенсивности их люминесценции, мы будем наблюдать излучение желтых (теплых) оттенков света. При возбуждении УФ светом длиной волны 380 нм происходит увеличение интенсивности излучения PFO, что позволяет получить голубоватый (холодный) оттенок излучаемого света. При практическом применении полученного композита в элек-

тролюминесцентных устройствах такого же эффекта можно добиться, меняя подаваемое напряжение.

Длина волны, нм

Рис. 4 - Спектры излучения композита PFO:КТЗЕЛ:КТКР/ ПММА при Л возб 330, 365, 380 нм

Заключение

Получены и исследованы пленки наноком-позита на основе гибридных КТ CdSe/CdS и оптически активного полимера РБО, излучающие белый свет.

Изучены особенности люминесценции композита РРО:КТЗЕЛ:КТКр/ ПММА. Установлен разный характер зависимости интенсивности люминесцен-

ции компонентов в композите от длины волны возбуждения, что открывает перспективу практического применения нанокомпозита с контролируемой цветовой температурой.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 1437-50095 мол_нр.

Литература

1. А.Г. Витухновский, А. А. Ващенко, В.С. Лебедев и др. // Физика и техника полупроводников, 47, 962-969 (2013).

2. L. Liu, Q. Peng, Y. Li // Inorg. Chem. 47, 11, 5022-5028 (2008).

3. R.G. Chaudhuri // Chem. Rev. 112, 4, 2373-433 (2012).

4. М. Striccoli, M.L. Curri, R. Comparelli // Lecture Notes in Nanoscale Sci. and Tech. 5, 173-192 (2009).

5. H. Sharma, Sh. N. Sharma, G. Singh, S.M. Shivaprasad // ColloidPolym. Sci. 285. 11, 1213-1227 (2007).

6. Р.Р Шамилов., Ю.Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета. 16, 15, 322-324 (2013).

7. A.H. Алешин // Успехи физических наук, 183, 6, 657-664 (2013).

8. Р.Р. Шамилов, Р.Р. Гарайшина, Ю.Г. Галяметдинов // Вестник Казанского технологического университета, 17, 7, 60-63 (2014).

© Р. Р. Шамилов - к.х.н. доц. каф. ФКХ КНИТУ, reedish@mail.ru; А. А. Нугаева - студ. КНИТУ, xepbern2012@mail.ru; Д. Н. Чаусов - к.ф.-м.н., доцент каф. теоретической физики МГОУ; В. В. Беляев - д.т.н., проф., и.о. зав. теоретической физики МГОУ; Ю. Г. Галяметдинов - д.х.н., проф., зав. каф. ФКХ КНИТУ, yugal2002@mail.ru.

© R. R. Shamilov - Ph.D., docent of department Ph.C.Ch. KNRTU, reedish@mail.ru; A. A. Nugaeva - student of KNRTU, xepbern2012@mail.ru; D.N. Chausov - Ph.D., docent of Department Theoretical Physics MGOU; V. V. Belyaev - Prof. PhD, Head Department Theoretical Physics MGOU; Y. G. Galyametdinov - Prof. PhD, Head Department Ph.C.Ch. KNRTU, yugal2002@mail.ru.