CC BY
53
УДК 544.022.532
И. М. Нассар, И. Г. Галявиев, Г. М. Сафиуллин,
В. Г. Никифоров, В. В. Осипова, В. С. Лобков, Ю. Г. Галяметдинов
СИНТЕЗ НАНОКОМПОЗИТА CdS В ЛИОМЕЗОФАЗЕ
Ключевые слова: темплатный синтез, наночастицы CdS, наноком^зит, нелинейно- оптические свойства.
Применен оригинальный метод получения наночастиц CdS.
Key Words: templating synthesis, CdS nanoparticles, nanocomposite, nonlinear and optical
properties.
Is used the original method of obtaining the nanos-particle оf CdS.
Полупроводниковые наночастицы CdS, являющиеся одной из основ нанокомпози-ционных материалов, представляют особый интерес для использования во многих областях науки и техники: электрохимии, оптике и оптоэлектронике [1]. Что связано с уникальными химическими и физическими свойства наночастиц CdS [2].
Применение композиционных материалов основано на нелинейно-оптических свойствах, зависящих от размера, формы и особенностей методов формирования полупроводниковых наночастиц [3]. В литературе основным методом получения наночастиц CdS, является синтез в присутствии тиофенола [4, 5]. Нами был применен оригинальный метод получения наночастиц CdS путем смешения двух ламеллярных лиотропных мезофаз на основе неионного ПАВ - монододецилового эфира тетраэтиленгликоля C12H25O(CH2CH2O)4H (C12EO4), одна из которых содержала 0,1M нитрата кадмия, а вторая эквивалентное количество сульфида натрия:
C12EO4/Cd(NO3)2+C12EO4/Na2S ^ CdS +2NaNO3 +2C12EO4.
Синтез и идентификация лиомезофаз проводился по методике [6]. Наночастицы CdS выделяли обработкой реакционной смеси этанолом с последующим осаждением CdS в центрифуге, осадок промывался эфиром. Далее наночастицы CdS смешивали с полиме-тилметакрилатом (ПММА), в присутствии пиридина, при массовом соотношении CdS:nMMA=1:15. Перемешивание производилось в несколько циклов на ультразвуковой мешалке. Затем полученная суспензия помещалась на кварцевую подложку и высушилась при 60°C. Полученный образец представлял собой пленку с толщиной 0,3 мм.
Спектр поглощения нанокомпозита CdS-ПММА по сравнению с монокристаллом CdS имеет сдвиг в голубую область, обусловленный квантово-размерным эффектом, характерным для наночастиц полупроводниковых кристаллов [7]. На основании данных рентгенофазового анализа и УФ-спектроскопии, согласно [7], был найден средний размер наночастиц CdS, который составил 2,5±0,2 нм.
Спектры фотолюминесценции полученного нанокомпозита исследовались на автоматизированном оптическом спектрометре, построенном на базе монохроматора МДР-12. Для возбуждения использовались импульсный азотный лазер ЛГИ-21 (длина волны излучения 337 нм, частота импульсов 50 Гц, длительность 12 нс) и фемтосекундный титан-сапфировый лазер производства «Авеста-проект», оснащенный усилителем (длина волны излучения 790 нм, частота импульсов 3 кГц, длительность импульса 50 фс).
Рис. 1 - Спектр поглощения CdS-ПММА, на вставке спектр поглощения ПММА (а); спектры фотолюминесценции CdS-ПММА при лазерном возбуждении на длине волны Хвоз (б); зависимость интенсивности фотолюминесценции (• - в области 400 нм, о - в области 790 нм) от плотности энергии возбуждения (300 К) (в)
Спектры фотолюминесценции при возбуждении на 337 нм и 790 нм представляют собой узкую интенсивную полосу с максимумом на длине волны 529 нм. Кроме того, при возбуждении на 790 нм в обоих образцах генерируется вторая гармоника в области 400 нм (рис.1 б). Сдвиг максимума этой полосы в длинноволновую область обусловлен реабсорб-цией пленки образца. На рис.1 в приведен график зависимости интенсивности люминесценции (I) при длинах волн 400 нм и 529 нм от плотности энергии возбуждения (P) на длине волны 790 нм. Эти зависимости соответствуют степенной функции I ~ Pn. Для полосы в области 400 нм n принимает значение 1,2, что показывает наличие двухфотонного процесса. Отличие значения n от 2 обусловлено значительным влиянием реабсорбции на 400 нм. Для полосы с максимумом 529 нм значение n составляет 3,4, что указывает на процессы двух- (395 нм), трех- (263 нм) и четырехфотонного (197 нм) поглощения при возбуждении на длине волны 790 нм. На рис.1а видно, что область менее 250 нм является фундаментальной полосой поглощения для CdS-ПММА, в связи с чем, вероятность поглощения в этой области, по меньшей мере, на порядок превосходит вероятность поглощения в области 264 нм и 395 нм. Полимер поглощает в этой же области (вставка на рис.1 а), однако фотолюминесценция ПММА в области 300 - 600 нм отсутствует. Дальнейшие исследования будут направлены на понимание механизмов отмеченных процессов.
Таким образом, в синтезированном на основе лиотропных мезофаз нанокомпозите CdS-ПММА, при возбуждении фемтосекундными импульсами на длине волны 790 нм, обнаружены нелинейные процессы генерации второй гармоники, многофотонного поглощения и люминесценция в области 529 нм.
Работа поддержана Федеральной Программой по поддержке ведущих научных школ НШ 6267.2010.2, и грантами РФФИ № 08-03-00984а, 09-02-00136.
Литература
1. Ganeev, R.A. Effect of higher order nonlinear optical processes on optical absorption in the photorefractive BSO and BGO crystals /Ganeev R.A., Ryasnyanskiy A.I., Kamalov Sh.R., Kamanina N.V. // Nonlin. Opt. - 2002. - V.28. - P. 263- 269.
2. Kodirov, M.K. Nonlinear susceptibilities, absorption coefficients and refractive indices of colloidal metals / Kodirov M.K., Usmanov T. // J. Phys. D., Appl. Phys. - 2001. - V. 34. - P. 1602- 1611.
3. Adair, R. Nonlinear refractive index of optical crystals / Adair R., Chase L.L., Payne S.A. // Phys. Rev. B. - 1989. - V. 39. - P. 3337-3350.
4. Chou, C.H. Thiophenol-modified CdS nanoparticles enhance the luminescence of benzoxyl dendron-substituted Polyfluorene copolymers / Chou C.H., Wang H.S., Wei K.H., Huang J.Y. // Adv. Funct. Mater. - 2006. - V.16. - P. 909-916.
5. Lin, Y. Third-order Optical Nonlinearity and Figure of Merit of CdS Nanocrystals Chemically Stabilized in Spin-Processable Polymeric Films / Lin Y., Zhang J., Kumacheva E., Sargent E. H. // Journal of Materials Science. - 2004. - V.39. - P. 993-996.
6. Селиванова, Н. М. Самодиффузия в лантансодержащей системе на основе неионного ПАВ в изотропном и мезоморфном состояниях по данным ЯМР/ Селиванова Н. М., Гнездилов О. И., Конов А. Б., Зуев Ю. Ф., Галяметдинов Ю. Г.// Изв. РАН. Сер. Хим. - 2008. -3. - P. 495- 498.
7. Ravindran, T.R. Inhomogeneous broadening in the photoluminescence spectrum of CdS nanoparticles / Ravindran T.R., Arora A.K., Balamurugan B., Mehta B.R. // Nanostructured Materials. - 1999. -V. 11. - 5. - P. 603- 609.
© И. М. Нассар - асп. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, [email protected]; И. Г. Галявиев - асп. лаб. быстропротекающих молекулярных процессов КФТИ КНЦ РАН, [email protected] Г. М. Сафиуллин - канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. той же лаборатории, [email protected]; В. Г. Никифоров - канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. той же лаборатории; В. В. Осипова - канд. хим. наук, асс. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, [email protected]; В. С. Лобков - канд. физ.-мат. наук, зав. лаб. быстропротекающих молекулярных процессов КФТИ КНЦ РАН,[email protected]; Ю. Г. Галяметдинов - д-р хим. наук, проф., зав. каф. физической и коллоидной химии КГТУ, [email protected].
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 7.05.10 по 10.07.10.
