Влияние био- и нано-структурирования на фоторефрактивные свойства органических сопряжённых материалов. Тенденция альтернативного применения био-объектов взамен нано-объектов при модификации спектральных и нелинейно-оптических особенностей материалов.
Аннотация к работе
На основе выполненных ранее исследований проведен сравнительный анализ, позволяющее показать роль нано-и био-объектов в изменении фоторефрактивных параметров органических материалов на примере полиимидов, пиридинов и ЖК из класса цианобифенилов. Спектральные изменения и наблюдаемое создание самоорганизующейся сетки в материалах с введенными частицами являются дополнительными фактами, поддерживающими идею доминирования межмолекулярного комплексообразования над внутримолекулярным. В композитной структурированной системе подчеркнута важная роль изменения безбарьерного пути переноса заряда и увеличенного сродства к электрону в процессе создания повышенного дипольного момента, что связано с увеличением локальной поляризуемости единицы объема среды (кубичной нелинейности) и увеличением сечения поглощения (пропорционально квадрату дипольного момента), а также обуславливает изменение фотопроводниковых и динамических свойств органических структурированных материалов за счет изменения подвижности носителей заряда (пропорционально увеличению безбарьерного пути переноса заряда).
Вывод
Итак, в ходе проведенного обсуждения и анализа данных можно постулировать: 1). На основе выполненных ранее исследований проведен сравнительный анализ, позволяющее показать роль нано- и био-объектов в изменении фоторефрактивных параметров органических материалов на примере полиимидов, пиридинов и ЖК из класса цианобифенилов. Спектральные изменения и наблюдаемое создание самоорганизующейся сетки в материалах с введенными частицами являются дополнительными фактами, поддерживающими идею доминирования межмолекулярного комплексообразования над внутримолекулярным. 2). В композитной структурированной системе подчеркнута важная роль изменения безбарьерного пути переноса заряда и увеличенного сродства к электрону в процессе создания повышенного дипольного момента, что связано с увеличением локальной поляризуемости единицы объема среды (кубичной нелинейности) и увеличением сечения поглощения (пропорционально квадрату дипольного момента), а также обуславливает изменение фотопроводниковых и динамических свойств органических структурированных материалов за счет изменения подвижности носителей заряда (пропорционально увеличению безбарьерного пути переноса заряда). 3). Проанализировано и подтверждено, на основе экспериментальных и расчетных данных, что наблюдается следующая тенденция: нано-структурирование вполне адекватно может быть сравнимо и, при необходимости соблюдения нетоксичности и возобновляемости, заменено на био-структурирование, скажем, при использовании в качестве био-объектов - ДНК.
Естественно, данные исследования требуют дальнейшего продолжения, а накапливаемые данные - скрупулезного и внимательного объяснения, что возможно будет сделать как с применением аналитических расчетов, на основе квантово-химического моделирования, а также при привлечении методов ЯМР, ДСК, масс- и Рамановской спектрометрии, атомно-силового анализа, др.
Автор благодарит своих зарубежных коллег Prof. D.P. Uskokovic (Institute of Technical Sciences of the Serbian Academy of Sciences and Arts, Belgrade, Serbia), Prof. Francois Kajzar (Universite d’Angers, Institut des Sciences et Technologies Moleculaires d’Angers), Dr. Chantal Andraud (Ecole Normale Superieure de Lyon, France), а также своих коллег по институту П.Я.Васильева, В.И.Студенова, С.В.Серова (ОАО «ГОИ им.С.И.Вавилова»), за полезные дискуссии на конференционных, межинститутских и лабораторных семинарах и помощь на разных этапах выполнения работы. Настоящая работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ №.13-03-00044 (2013-2015) и проекта “BIOMOLEC” (2011-2014) по программе FP7, Marie Curie Action.
Список литературы
1. Hosoda K., Tada R., Ishikawa M., Yoshino K. Effect of C60 doping on electrical and optical properties of poly[(disilanylene)oligophenylenes] //Jpn. J. Appl. Phys. - 1997. - Part 2. - Vol.36. -No.3B. - p..L372-L375.
2. Poole Ch. P., Owens F. J. Introduction to Nanotechnology”. - New York. 2003. - Wiley Interscience. - 400 p.
3. Brabec C. J., Padinger F., Sariciftci N. S., Hummelen J. C. Photovoltaic properties of conjugated polymer/methanofullerene composites embedded in a polystyrene matrix //J.Applied Physics. - 1999. - Vol.85. - No.9. - p.6866-6872.
4. Grishina A. D., Licea-Jimenez L., Pereshivko L. Ya., Krivenko T. V., Savel’ev V. V., Rychwalski R. W., Vannikov A. V. Infrared Photorefractive Composites Based on Polyvinylcarbazole and Carbon Nanotubes //High Energy Chemistry. - 2006. - Vol.40. - No.5. - p.341-347.
5. Wei Lee, Hsu-Chih Chen. Diffraction efficiency of a holographic grating in a liquid-crystal cell composed of asymmetrically patterned electrodes //Nanotechnology. - 2003. - No.14. - p.987-990.
6. Khoo I. C., Williams Y. Zh., Lewis B., Mallouk T. Photorefractive CDSE and Gold Nanowire-Doped Liquid Crystals and Polymer-Dispersed-Liquid-Crystal Photonic Crystals //Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2006. - Vol.446. - p.233-244.
7. Gan Ch., Zhang Y., Liu S. W., Wang Y., Xiao M. Linear and nonlinear optical refractions of CR39 composite with CDSE nanocrystals //Optical Materials. - 2008. - Vol.30. - p.1440-1445.
8. Matczyszyn K., Olesiak-Banska J. DNA as scaffolding for nanophotonic structures //J. Nanophoton.- 2012. - Vol. 6. - No.1. - p.064505. doi:10.1117/1.JNP.6.064505.
9. Gutierrez R. and Cuniberti G. Modeling Charge Transport and Dynamics in Biomolecular Systems //Journal of Self-Assembly and Molecular Electronics. - 2013. - Vol. 1. - p.1-39.
10. Kamanina N., Barrientos A. , Leyderman A. , Cui Y., Vikhnin V., Vlasse M. Effect of fullerene doping on the absorption edge shift in COANP //Molecular Materials. - 2000. - Vol.13. - No.1-4. - p.275-280.
11. Каманина Н. В., Плеханов А. И. Механизмы ограничения оптического излучения в фуллеренсодержащих р-сопряженных органических структурах на примере молекул полиимида и COANP //Оптика и спектроскопия. - 2002. - Т.93. - №3. - c.443-452.
12. Михайлова М. М., Косырева М. М., Каманина Н. В. К вопросу об увеличении подвижности носителей заряда в органических сопряженных структурах, сенсибилизированных фуллеренами //Письма в ЖТФ. - 2002. - Т.28. - №11. - c.11-20.
13. Kamanina N. V. Nonlinear optical study of fullerene-doped conjugated systems: new materials for nanophotonics applications //Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Organic Nanophotonics. - 2003. - Vol.II/100. - p.177-192.
14. Каманина Н. В., Шека Е. Ф. Ограничители лазерного излучения и дифракционные элементы на основе системы COANP-фуллерен: нелинейно-оптические свойства и квантово-химическое моделирование //Оптика и спектроскопия. - 2004. - Т.96. - №4. - c.659-673.
15. Каманина Н. В. Фуллеренсодержащие диспергированные нематические жидкокристаллические структуры: динамические характеристики и процессы самоорганизации //Успехи физических наук. - 2005. - Т.175. - №4. - c.445-454.
16. Каманина Н. В., Комолкин А. В., Евлампиева Н. П. Изменение параметра ориентационного порядка в структуре композита нематический жидкий кристалл-COANP-С70 //Письма в ЖТФ. - 2005. - Т.31. - №11. - c.65-70.
17. Kamanina N. V., Emandi A., Kajzar F., Attias A.-J. Laser-Induced Change in the Refractive Index in the Systems Based on Nanostructured Polyimide: Comparative Study with Other Photosensitive Structures //Mol. Cryst. Liq. Cryst.. - 2008. - Vol. 486. - p.1-11.
18. Kamanina N. V. and Uskokovic D. P. Refractive Index of Organic Systems Doped with NANOOBJECTS //Materials and Manufacturing Processes. - 2008. - Vol.23. - p.552-556.
19. Kamanina N. V., Vasilyev P. Ya., Serov S. V., Savinov V. P., Bogdanov K. Yu., Uskokovic D. P. Nanostructured Materials for Optoelectronic Applications //Acta Physica Polonica A. - 2010. - Vol.117. - No.5. - p.786-790.
20. Kamanina N. V., Serov S. V., Shurpo N. A., Likhomanova S. V., Timonin D. N., Kuzhakov P. V., Rozhkova N. N., Kityk I. V., Plucinski K. J., Uskokovic D. P. Polyimide-fullerene nanostructured materials for nonlinear optics and solar energy applications //J Mater Sci: Mater Electron, DOI 10.1007/s10854-012-0625-9, published online 26 January 2012
21. Kamanina N. V., Kuzhakov P. V., Likhomanova S. V., Andraud Ch., Rau I., Kajzar F. Photorefractive, Photoconductive, Dynamic Features and Interfaces of the Optical Materials Modified with Nanoobjects //Nonlinear Optics and Quantum Optics. - 2014. - Vol. 45. - No.4. - p. 283-292.
22. Каманина Н. В., Зубцова Ю. А., Шурпо Н. А., Серов С. В., Кухарчик А. А., Кужаков П. В. Структурные, спектральные и фоторефрактивные свойства нано- и биоструктурированных органических материалов, включая жидкие кристаллы //Жидкие кристаллы и их практическое использование. - 2014. - Т.14. - №.1. - с.5-12.
23. Kamanina N. V. and Vasilenko N. A. High-speed SLM with a photosensitive polymer layer // Electron. Lett. - 1995. - Vol.31. - No.5. - p.394-395.
24. Kamanina N. V. and Vasilenko N. A. Influence of operating conditions and of interface properties on dynamic characteristics of liquid-crystal spatial light modulators //Opt. Quantum Electron. - 1997. - Vol.29. - No.1. - p.1-9.
25. Brabec C. J., Padinger F., Sariciftci N. S., Hummelen J. C. Photovoltaic properties of conjugated polymer/methanofullerene composites embedded in a polystyrene matrix //Journal of Applied Physics/ - 1999. - Vol.85. - No. 9. - p.6866-6872.
26. Khoo I. C., Li. H., Liang Y. Observation of orientational photorefractive effects in nematic liquid crystal //Opt. Lett. - 1994. - Vol.19. - No.21. - p.1723-1725.
27. Akhmanov S. A., Nikitin S. Yu. Physical Optics. Oxford, 1997.
28. Kamanina N. V., Serov S. V., Zubtsova Yu.A., Bretonniere Y., Andraud Ch., Baldeck P., Kajzar F. Photorefractive Properties of Some Nano- and Bio-Structured Organic Materials // Journal of Nanotechnology in Diagnosis and Treatment. - 2014. - Vol.2. - No.1. - p.2-5.