Исследование процессов взаимодействия молекул водорастворимого фуллерена с магнитными наночастицами

Вид материала

Исследование

Подобный материал:

• Секция механики 19 апреля, понедельник, 14., 134.3kb.
• Исследование поглощения излучения молекулами no проводилось с помощью непрерывного, 25.17kb.
• Лекция: Кооперация процессов и основные аспекты ее логической организации, 258.13kb.
• О новом поколении компьютерных лабораторных практикумов по электрофизике, 9.71kb.
• Примерная программа дисциплины теория процессов и аппаратов очиски газов, 85.96kb.
• Исследование переходных процессов в замкнутых нелинейных системах управления 111, 347.96kb.
• Проект материалы к части I отчетного доклада и материалы к Докладу в Минобрнауки России, 893.53kb.
• Н. Н. Сысоев Численное моделирование гидрофизических процессов в зоне ударно-динамического, 346.3kb.
• «Исследование социально-экономических и политических процессов», 46.76kb.
• Исследование, 870.56kb.

УДК 535.373.2


ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ ВОДОРАСТВОРИМОГО ФУЛЛЕРЕНА С МАГНИТНЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ


И.Г. Самусев, А.Б. Зарезин


Исследуются процессы взаимодействия молекул водорастворимого фуллерена с магнитными наночастицами. Изучено влияние магнитного поля наночастиц на спин-орбитальное взаимодействие в молекулах. Получены спектра фосфоресценции водорастворимого фуллерена.


фуллерен, водорастворимые производные фуллерена, магнитные наночастицы, спин-орбитальное взаимодействие, фосфоресценция, полимерная матрица


Хорошо известно, что для увеличения квантового выхода фосфоресценции и получения её заметного спектра необходимо заселить триплетный уровень молекул. Вследствие запрета синглет-триплетных переходов вероятность перехода из основного состояния в триплетное оказывается столь малой, что для молекул прямого поглощения на триплетный уровень наблюдать не удается. Поэтому триплетные уровни заселяются исключительно благодаря переходам с возбужденных синглетных уровней. Такие безызлучательные переходы называются интерконверсией. Интерконверсия является, конечно, также запрещенным интеркомбинационным переходом. Однако интеркомбинационнный запрет не является абсолютно строгим и нарушается, если в системе имеется спин-орбитальное взаимодействие. Последнее значительно более интенсивно в возбужденных состояниях, так что типичное значение скорости интерконверсии 10⁷ с^-1 существенно превышает скорость прямого перехода (~ 1 с^-1). Скорость интерконверсии оказывается, таким образом, достаточно большой, чтобы процесс интерконверсии мог конкурировать с флуоресценцией, имеющей скорость 10⁹ с^-1, и приводить к заметной заселенности триплетных уровней. Величина спин-орбитального взаимодействия, приводящего к нарушению интеркомбинационного запрета, является характерной для каждого атома и может быть записана в виде [1]:


,


здесь и – операторы орбитального и спинового моментов; - константа спин-орбитальной связи. Величина константы пропорциональна массе атома, поэтому введение тяжелых атомов в молекулу приводит к значительному увеличению вероятности синглет-триплетных переходов.

К эффекту тяжелых атомов особенно чувствительна интерконверсия. Ее усиление при введении тяжелых атомов приводит к увеличению населенности триплетных состояний за счет опустошения синглетных возбуждений, что приводит к уменьшению квантового выхода флуоресценции и к увеличению квантового выхода фосфоресценции. Одновременно уменьшается время жизни триплетных возбуждений. Также особенно сильно нарушается интеркомбинационный запрет при влиянии магнитного поля за счет введения парамагнитного иона.

В нашей работе планируется изучить влияние магнитного поля наночастиц на спин-орбитальное взаимодействие и обнаружить фосфоресценцию водорастворимого фуллерена (рис.1), имеющего спектр поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях (см. рис. 2). Из графика хорошо просматриваются два пика поглощения: на длине волны 240 и 300 нм. В дальнейшем именно эти длины волн будут использоваться для возбуждения люминесценции. Люминесценция триплетного состояния соединений фуллерена является трудновыполнимой задачей. Так, обнаружить фосфоресценцию C₆₀(CH3−r6−H)_n удалось только при введении в раствор вещества с тяжёлыми атомами и гелиевой температуре [2].





Рис.1. Водорастворимая молекула фуллерена

(на рисунке указаны не все 122-пиридилпиперазиновых аддукта)


В качестве источника магнитного поля планируется использовать магнитные наночастицы, обладающие суперпарамагнетизмом, диаметром 100 нм с ядром из магнетита, покрытого оболочкой из поливинилового спирта (см. рис. 3). Образцы для исследования будут представлять собою плёнки, где полимерной матрицей выступит поливиниловый спирт (ПВС). Перед их приготовлением магнитные наночастицы будут помещены в магнитный сепаратор для предотвращения агрегации. Также за счёт внешнего магнитного поля в некоторых образцах планируется создание анизотропии. Серии экспериментов будут проводиться в широком диапазоне температур: от 77 К (жидкий азот) до 293 К (комнатная температура). Кроме получения спектра фосфоресценции, будет исследована её кинетика, определена скорость процесса дезактивации триплетного состояния. Планируется изучить кинетики флуоресценций до и после внедрения магнитных наночастиц.





Рис. 2. Спектр поглощения, зависимость оптической плотности D

от длины волны





Рис. 3. Магнитная наночастица (оболочка из поливинилового спирта

вокруг ядра из магнетита)


На основе полученных данных будут сделаны выводы о влиянии магнитного поля наночастиц на спин-орбитальное взаимодействие в молекулах водорастворимого фуллерена, оценены квантовые выходы и скорости флуоресценции и фосфоресценции с и без магнитных наночастиц; изучен процесс интерконверсии между синглетным и триплетным уровнями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Наберухин Ю.И. Лекции по молекулярной спектроскопии / Ю. И. Наберухин. – Новосибирск: НГУ, 1973. - С. 220–221.

2. Моливер С.С. Оптические спектры высокосимметричных изомеров C₆₀(CH3−r6−H)_n при n = 3, 6 / С.С. Моливер, Ю.Ф. Бирюлин // ФТТ. -Т.43. -№5. -2001. - С. 944–950.


water-soluble fullerene molecules

with magnetic nanoparticles interaction process INVESTIGATION


I.G. Samusev, A.B. Zarezin


Interaction process of water-soluble fullerene molecules with magnetic nanoparticles has been studied. Influence of nanoparticles magnetic field on spin-orbital interaction in molecules has been analyzed. Water-soluble fullerene phosphorescence spectrum has been estimated.