Особливості впливу молекулярних коливань на термолюмінесценцію полімерів
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.4.392Ключові слова:
термолюмiнесценцiя, полiмернi плiвки, нанокомпозит, молекулярнi коливання, енергiї активацiїАнотація
У статтi представлено результати спостереження й дослiдження проявiв окремих молекулярних коливань у процесах термолюмiнесценцiї полiмерiв. Цi прояви мають такi особливостi: 1) попри квазинеперервний спектр енергiй пасток для носiїв заряду в полiмерах, енергiї активацiї, визначенi методом фракцiйної термолюмiнесценцiї, мають дискретнi значення; 2) цi значення енергiй активацiї збiгаються з квантами молекулярних коливань у системi; 3) температурна залежнiсть iнтенсивностi термолюмiнесценцiї має характерну поведiнку, зумовлену молекулярними коливаннями. Таку температурну залежнiсть i енергiї активацiї було експериментально дослiджено для полiмерiв, нанесених на рiзнi пiдкладинки, полiмерiв з рiзним ступенем кристалiчностi та нанорозмiрних полiмерiв, вбудованих у пористий кремнезем. Експериментальнi результати узгоджуються з запропонованою моделлю участi молекулярних коливань у процесах вивiльнення заряду з пасток пiд час термолюмiнесценцiї.
Посилання
1. E.A. Tikhonov, M.T. Shpak. Nonlinear Optical Phenomena in Organic Compounds (Naukova Dumka, 1988).
2. N.I. Ostapenko, V.I. Sugakov, M.T. Shpak. Spectroscopy of Defects in Organic Сrystals (Kluwer Academic Publishers, 1993).
https://doi.org/10.1007/978-94-011-1675-6
3. E.N. Velikaya, A.K. Kadashchuk, N.I. Ostapenko, Yu.A. Skryshevsky, M.T. Shpak. Tunneling and thermally activated processes in polymers. Sov. Phys. Solid State 31, 203 (1989).
4. R.A. Partridge. Electron traps in polyethylene. J. Polym. Sci. A 2817, 10003080 (1965).
https://doi.org/10.1002/pol.1965.100030809
5. V.G. Nikolskii, G.I Burkov. Radiothermoluminescence of some polymers irradiated at 77 K. High Energy Chem. 5, 373 (1971).
6. D. Ito, T. Nakahita. Thermally stimulated current and thermoluminescence due to electron detrapping by local molecular motions in polyethylene-terephthalate. J. Appl. Phys. 51, 3273 (1980).
https://doi.org/10.1063/1.328086
7. J. Vanderschueren, A. Linkens, J. Niezette. Effect of doping on thermoluminescence in of activation energy polymers. I. 9,10-phenanthrenequinone-doped polydiancarbonate. J. Polym. Sci. B 24, 697 (1986).
https://doi.org/10.1002/polb.1986.090240315
8. R.J. Fleming, J. Hagekyriakou. Thermoluminescence in polymers. Radiat. Prot. Dosim. 8, 99 (1984).
https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.rpd.a083045
9. L Zlatkevich. Radiothermoluminescence and Transitions in Polymers (Spinger-Verlag, 1989).
10. E. Dobruchowskaa, L. Okrasaa, I. Glowackia, J. Ulanski, G. Boiteux. The wet dog' effect in polymers as seen by thermoluminescence. Polymer 45, 6027 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.06.019
11. D.V. Lebedev, E.N. Vlasova, E.M. Ivan'kova, A.A. Kalachev, V.A. Marikhin, L.P. Myasnikova, A.V. Naschekin, E.I. Radovanova. Possibilities of thermoluminescence method for estimating the molecular packing in nearsurface layers of polymers. J. Struct. Chem. 51, 116 (2010).
https://doi.org/10.1007/s10947-010-0199-4
12. I.S. Gorban, A.F. Gumenyuk, V.A. Omel'yanenko. Thermoluminescence and polaron states in barium-sodium niobate crystals. Ukr. Fiz. Zh. 33, 530 (1988) (in Russian).
13. O. Stanovyi, S. Кutovyy, A. Gumenyuk, I. Dmitruk. Polaron model of traps and their activation energies in KBr crystals. Nano-Electron. Phys. 9, 04009 (2017).
https://doi.org/10.21272/jnep.9(4).04009
14. A. Gumenyuk N. Ostapenko, Yu. Ostapenko, O. Kerita, S. Suto. Unusual features of charge carrier traps energy spectra in silicon organic polymers revealed by enhanced TSL. Chem. Phys. 394, 36 (2011).
https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2011.12.009
15. A. Gumenjuk N. Ostapenko, Yu. Ostapenko, O. Kerita, S. Suto. Oscillatory regularity of charge carrier traps energy spectra in silicon organic polymer poly(di-n-hexylsilane). Low Temp. Phys. 38, 932 (2012).
https://doi.org/10.1063/1.4746796
16. V.I. Sugakov, N.I. Ostapenko. Effect of molecular optical vibrations on thermoluminescence of silicon organic polymer. Chem. Phys. 456, 22 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2015.05.001
17. V. Sugakov, N. Ostapenko, Yu. Ostapenko, O. Kerita, V. Strelchuk, O. Kolomys, A. Watanabe. Interaction of optical vibration with charge traps and the thermoluminescence spectra of polymers, Ukr. J. Phys. 61, 531 (2016).
18. V. Sugakov, N. Ostapenko, Yu. Ostapenko, O. Kerita, V. Strelchuk, O. Kolomys. Molecular vibrations, activation energies of trapped carriers and additional structure in thermoluminescence of organic polymers. Synth. Met. 234, 117 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2017.10.007
19. V. Sugakov, N. Ostapenko, Yu. Ostapenko, O. Kerita, V. Strelchuk, O. Kolomys. Experimental and modeling study of charge carriers release from traps by interaction with molecular vibrations in silicon organic polymers. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 697, 68 (2020).
https://doi.org/10.1080/15421406.2020.1731079
20. A. Miller, E. Abrahams. Impurity conduction at low concentrations. Phys. Rev. 120, 745 (1960).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.120.745
21. H. B¨assler. Charge transport in disordered organic photoconductors. Monte Carlo simulation study. Phys. Status Solidi B 175, 15 (1993).
https://doi.org/10.1002/pssb.2221750102
22. V.I. Arkhipov, E.V. Emilianova, A. Kadashchuk, H. B¨assler. Thermally stimulated photoluminescence in disordered organic materials. Chem. Phys. 266, 97 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0301-0104(01)00332-9
23. S.D. Baranovskii. Theoretical description of charge transport in disordered organic semiconductors. Phys. Status Solidi 251, 487 (2014).
https://doi.org/10.1002/pssb.201350339
24. V.I. Sugakov. Fine structure of thermoluminescence assisted by molecular vibrations in disordered organic semiconductors. J. Phys.: Condens. Matter. 34, 185703 (2022).
https://doi.org/10.1088/1361-648X/ac50d9
25. S.I. Pekar. On the theory of luminescence and light absorption by impurities in dielectrics. Sov. Phys. JETP 22, 641 (1952).
26. M.D. Frank-Kamenetskii, A.V. Lukashin. Electron-vibrational interactions in polyatomic molecules. Sov. Phys. Usp. 18, 391 (1975).
https://doi.org/10.1070/PU1975v018n06ABEH001963
27. J. Jortner. Temperature dependent activation energy for electron transfer between biological molecules. J. Chem. Phys. 54, 4860 (1976).
https://doi.org/10.1063/1.432142
28. V. Stern, R.F. Fink, M. Tafipolski, C. Deibel, B. Engels. Comparison of different rate constant expressions for the prediction of charge and energy transport in oligoacenes. WIREs Comput. Mol. Sci. 6, 694 (2016).
https://doi.org/10.1002/wcms.1273
29. X. de Vries, P. Friederich, W. Wenzel, R. Coehoorn, P.A. Bobbert. Full quantum treatment of charge dynamics in amorphous molecular semiconductors. Phys. Rev. B 97, 075203 (2018).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.075203
30. R.A. Marcus. Electron transfer reactions in chemistry. Theory and experiment. Rev. Mod. Phys. 65, 599 (1993).
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.65.599
31. N.I. Ostapenko, Yu.V. Ostapenko, V.I. Sugakov. Manifestation of molecular vibrations of polymers in thermoluminescence of nanocomposites. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 768, 788 (2024).
https://doi.org/10.1080/15421406.2024.2361969
32. M. Pope, C.E. Swenberg. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford University Press, 1999).
https://doi.org/10.1093/oso/9780195129632.001.0001
33. M.M. Despotopoulou, R.D. Miller, J.F. Rabolt, C.W. Frank. Polymer chain organization and orientation in ultrathin films: A spectroscopic Investigation. J. Polym. Sci. B 34, 2335 (1996).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0488(199610)34:14<2335::AID-POLB4>3.0.CO;2-V
34. J.F. Rabolt, D. Hofer, R.D. Miller, G.N. Fickes. Studies of chain conformational kinetics in poly(di-n-alkylsilanes) by spectroscopic methods. 1. Poly(di-n-hexylsilane), poly(di-n-heptylsilane), and poly(di-n-octylsilane). Macromolecules 19, 611 (1986).
https://doi.org/10.1021/ma00157a021
35. H. Kuzmany, J.F. Rabolt, B.L. Farmer, R.D. Miller. Studies of chain conformational kinetics in poly (di-n-alkylsilanes) by spectroscopic methods 2. Conformation and packing of poly (di-n-hexylsilane). J. Chem. Phys. 85, 7413 (1986).
https://doi.org/10.1063/1.451330
36. C.A. van Walree, T.J. Cleij, L.W. Jenneskens, G.P. van der Laan, M.P. de Haas, E.T.G. Lutz. Structural, photophysical, and conductive properties of n-hexyl substituted hybrid polysilylene-polysilyne networks. Macromolecules 29, 7362 (1996).
https://doi.org/10.1021/ma960407h
37. S.S. Bukalov, L.A. Leites, G.I. Magdanurov, R. West. Low-temperature Raman spectra and the structure of some permethylpolysilanes. J. Organomet. Chem. 521, 107 (1996).
38. L.A. Leites, S.S. Bukalov, T.S. Yadritzeva, M.K. Mokhov, B.A. Antipova, T.M. Frunze, V.V. Dement'ev. Vibrational and electronic spectra and the structure of crystalline poly(dimethylsi1ane). Macromolecules 25, 2991 (1992).
https://doi.org/10.1021/ma00037a032
39. R.D. Miller, B.L. Farmer, W. Fleming, R. Sooriyakumaran, J.F. Rabolt. Poly(di-n-pentylsilane): the spectral consequences of a disordered backbone conformation. J. Am. Chem. Soc. 109, 2509 (1987).
https://doi.org/10.1021/ja00242a044
40. S. Demoustier-Сhampagne, A. Jonas, A. Devaux. Poly(methylphenyl) silane: structural properties. J. Polym. Sci. B 35, 1727 (1997).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0488(199708)35:11<1727::AID-POLB6>3.0.CO;2-P
41. N. Ostapenko, V. Gulbinas, R. Augulis, A. Boiko, M. Chursanova, A. Volkov, G. Telbiz. Fluorescence relaxation kinetics of poly(methylphenylsilane) film and nanocomposites. Nanosc. Res. Lett. 11, 1 (2016).
https://doi.org/10.1186/s11671-016-1368-y
42. N.I. Ostapenko, O.A. Kerita, Yu.V. Ostapenko, М.V. Chursanova. Effect of the polymer ordering on the optical spectra and thermoluminescence of polygermane and polysilane films and nanocomposites. Low Temp. Phys. 45, 748 (2019).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
