Европийсодержащие люминесцирующие композиты на основе модифицированного свинцом (II) полиметилметакрилата

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Композиты на основе полиметилметакрилата (ПММА), солей свинца и европия состава ПММА/Pb(CF3COO)2 и ПММА/Pb(CF3COO)2, Eu(CF3COO)3 синтезированы отверждением растворов на основе метилметакрилата (ММА) радикальной термической полимеризацией ММА в блоке. Показано линейное увеличение показателя преломления растворов ММА+Pb(CF3COO)2 и плотности полимерных композитов ПММА/Pb(CF3COO)3 с увеличением концентрации соли свинца до 83 мас.% (40 мас.% в пересчете на элементный свинец). Оптическая прозрачность композитов при длинах волн >450 нм при предельных концентрациях свинца и европия достигает 90 % для образцов толщиной до 5 мм. Свинцовый эквивалент при концентрации Pb(II) 40 мас.% равен 0.010. Фотолюминесценция композитов ПММА/Pb(CF3COO)2, Eu(CF3COO)3 связана с электронными переходами в ионах Eu3+ с метастабильного 5D0-электронного уровня энергии на 7Fj-подуровни основного электронного уровня. Показано влияние свинца(II) и европия(III) на свойства матрицы, а также влияние матрицы и Pb(II) на спектрально-люминесцентные свойства европия(III).

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. П. Смагин

Алтайский государственный университет

Author for correspondence.
Email: smaginV@yandex.ru
Russian Federation, 656049 Барнаул, пр. Ленина, 61

П. М. Котельникова

Алтайский государственный университет

Email: smaginV@yandex.ru
Russian Federation, 656049 Барнаул, пр. Ленина, 61

References

  1. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1968. 545 с.
  2. Коршак В.В. Химическое строение и температурные характеристики полимеров. М.: Наука, 1970. 419 с.
  3. Серова В.Н. Оптические и другие материалы на основе прозрачных полимеров. Казань: Изд-во КГТУ, 2010. 540 с.
  4. Okamoto Y. Synthesis, Characterization and Applications of Polumers Containing Lanthanide Metals // J. Macromol. Sci. 1987. V. A 24. № 3–4. P. 455–477.
  5. Помогайло А.Д., Савостьянов В.С. Металлсодержащие мономеры и полимеры на их основе. М.: Химия, 1988. 384 с.
  6. Акимов И.А., Денисюк И.Ю., Мешков А.М. Нанокристаллы полупроводников в полимерной матрице – новые оптические среды // Оптика и спектроскопия. 1992. Т. 72. Вып. 4. С. 1026–1032.
  7. Помагайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 с.
  8. Джардималиева Г.И. Автореф. дис. ... докт. хим. наук. Черноголовка: Ин-т проблем хим. физики РАН. 2009. 52 с.
  9. Смагин В.П. Оптически прозрачные металлсодержащие полимерные материалы // Обзорный журн. по химии. 2013. Т. 3. № 2. С. 180–195. https://doi.org/10.1134/S2218114813020036
  10. Карасев В.Е., Петроченкова Н.В. Лантаноидсодержащие полимеры. Владивосток: Дальнаука, 2005. 194 с.
  11. Бирюков А.А., Изаак Т.И., Светличный В.А., Бабкина О.В. Методика синтеза и оптические свойства нанокомпозитов CdS – полиметилметакрилат // Изв. вузов. Физика. 2006. № 12. С. 81–85.
  12. Галяметдинов Ю.Г., Сагдеев Д.О., Воронкова В.К. и др. Парамагнитные квантовые точки Mn:CdS/ZnS: синтез, люминесценция, магнитные свойства // Изв.АН. Сер. хим. 2018. Т. 67. № 1. С. 172–175.
  13. Смагин В.П., Мокроусов Г.М. Физико-химические аспекты формирования и свойства оптически прозрачных металлсодержащих полимерных материалов. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2014. (http://elibrary.asu.ru/xmlui/bitstream/handle/asu/840/read.7book?sequence=1)
  14. Mukherjee P., Shade Ch.M., Yingling A.M. et al. Lanthanide Sensitization in II−VI Semiconductor Materials: A Case Study with Terbium(III) and Europium(III) in Zinc Sulfide Nanoparticles // J. Phys. Chem. A. 2011. V. 115. № 16. P. 4031–4041. https://doi.org/10.1021/jp109786w
  15. Mukherjee P., Sloan R.F., Shade Ch.M. Post-synthetic Modification of II–VI Nanoparticles to Create Tb3+ and Eu3+ Luminophores // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. № 27. P. 14451–14460. https://doi.org/10.1021/jp404947x
  16. Liang Z., Mu J., Han L., Yu H. Microbe-Assisted Synthesis and Luminescence Properties of Monodispersed Tb3+-Doped ZnS Nanocrystals // J. Nanomater. 2015. Р. 19303. http://dx.doi.org/10.1155/2015/519303
  17. Debnath G.H., Mukherjee P., Waldeck D.H. Optimizing the Key Variables to Generate Host Sensitized Lanthanide Doped Semiconductor Nanoparticle Luminophores // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 26495–26517. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c07548
  18. Tuan C.A., Yen V.H., Optical Properties and Energy Transfer Mechanism of Eu3+, Ce3+ Doped and Co-doped ZnS Quantum Dots // J. Lumin. 2021. V. 236. P. 118106.
  19. Ельяшевич М.А. Спектры редких земель. М.: Гостехиздат, 1953. 456 с.
  20. Dieke G.H. Spectra and Energy Levels of Rare Earth in Crystals. N.Y.: Interscience, 1968. 401 с.
  21. Смагин В.П., Еремина Н.С., Исаева А.А., Ляхова Ю.В. Синтез и спектрально-люминесцентные свойства композиций полиметилметакрилат:CdS:Ln(III) // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 3. С. 252–259. https://doi.org/10.7868/S0002337X17030083
  22. Смагин В.П., Еремина Н.С., Леонов М.С. Спектрально-люминесцентные свойства композиций полиметилметакрилат/ZnS:Eu(III),Tb(III) // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 2. С. 115–123. https://doi.org/10.7868/S0002337X1802001X.
  23. Смагин В.П., Майер Р.А., Мокроусов Г.М., Баталов А.П. Радиационная и термическая устойчивость полиметилметакрилата, модифицированного ионами редкоземельных элементов // Высокомол. соединения. Сер. Б. 1999. Т. 41. № 4. С. 711–714.
  24. Буянов А.В., Майер Р.А., Мокроусов Г.М., Смагин В.П. Спектральные свойства полиметилметакрилата, модифицированного ионами Nd3+ // Высокомол. соеднения. Сер. Б. 1999. Т. 41. № 10. С. 1675–1678
  25. Смагин В.П., Исаева А.А., Казаков С.А. Влияние наноразмерных частиц легированного сульфида кадмия на термические и оптические свойства полиметилметакрилата // Высокомол. соединения. Сер. Б. 2023. Т. 65. № 2. С. 142–150. https://doi.org/10.31857/S2308113923700432
  26. Larionov S.V., Kirichenko V.N., Rastorguev A.A. et al. Perfluorinated Europium(III) Carboxylates: Synthesis and Properties // Russ. J. Coord. Chem. 1997. V. 23. № 6. P. 432–438.
  27. Романенко Г.В., Соколова Н.П., Ларионов С.В. Кристаллическая и молекулярная структура тригидрата трис(трифторацетато)диспрозия (III) // Журн. структур. химии. 1999. Т. 40. № 2. С. 387–392.
  28. Расторгуев А.А., Ремова А.А., Романенко Г.В., Соколова Н.П., Белый В.И., Ларионов С.В. Димерная структура Tb(CF3COO)3 3H2O и особенности ее электронного строения по данным люминесцентного анализа // Журн. структур. химии. 2001. Т. 42. № 5. С. 907–916.
  29. Белый В.И., Расторгуев А.А., Ремова А.А. и др. Изомерия в димере тригидрата трифторацетата тербия (III) // Журн. структур. химии. 2002. Т. 43. № 4. С. 634–641.
  30. Устинова О.М., Устинов А.Ю. Определение показателей преломления и коэффициентов дисперсии жидкостей при помощи рефрактометра. Владивосток: Дальневост. федерал. ун-т, 2016. 16 с.
  31. Кочанова А.С., Эйсмонт Н.Г. Оценка эффективности методов определения плотности твердых тел неправильной формы. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2022. С. 129–133.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. UV-VIS absorption spectra of PMMA (1) and PMMA/Pb(CF3COO)2 composites containing lead salt (lead ions) in the initial solution at the concentrations: Pb salt = 5.0 wt.% (CPb = 2.4 wt.%) (2) and Pb salt = 83 wt.% (CPb = 40 wt.%) (3).

Download (16KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. UV-VIS spectrum of the PMMA/Pb(CF3COO)2,Eu(CF3COO)3 composite; the concentration of lead salt (lead ions) in the initial solution is Sol Pb = 20 wt.% (SRb = 9.6 wt.%), the concentration of europium salt in the initial solution is equal to Sol Pb = 20 wt.% (SRb = 9.6 wt. %), the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is Csol Eu = 5.0 wt.% (CEu = 1.6 wt.%); the inset shows a fragment of the UV-VIS spectrum of the composite.

Download (25KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. UV-VIS spectrum of PMMA/Pb(CF3COO)2,Eu(CF3COO)3 composite; the concentration of lead salt (lead ions) in the initial solution is Csol Pb = 20 wt.% (CPb = 9.6 wt.%), the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is Csol Eu = 20 wt.% (CEu = 6.2 wt.%); the inset shows a fragment of UV-VIS spectrum of the composite.

Download (24KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. UV-visible spectrum of PMMA/Eu(CF3COO)3 composite; the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is equal to Eu salt = 20 wt.% (СЕц = 6.2 wt.%); a fragment of UV-visible spectrum of this composite is shown in the inset.

Download (25KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Luminescence excitation spectra for luminescence at 596 nm (1) and luminescence under 395 nm excitation (2) of PMMA/Eu(CF3COO)3 composite; the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is Csol Eu = 20 wt.% (CEu = 6.2 wt.%).

Download (27KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Luminescence spectrum of crystalline Eu(CF3COO)3×3H2O (powder, lv = 310 nm) [13].

Download (17KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Luminescence excitation (1 and 2) and luminescence (3-5) spectra of PMMA/Eu(CF3COO)3 composite: for luminescence at 596 (1) and 615 nm (2), for luminescence excitation by radiation at 370 (3), 395 (4) and 466 nm (5); the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is Csol Eu = 20 wt.% (CEu = 6.2 wt.%). % (CEu = 6.2 wt.%).

Download (32KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Luminescence excitation spectra for luminescence at 596 nm (1) and luminescence under excitation irradiation at 395 nm (2) of PMMA/Pb(CF3COO)2,Eu(CF3COO)3 composite; the concentration of lead salt (lead ions) in the initial solution is Pb salt = 20 wt.% (CEc = 9.2 wt.%). % (CPb = 9.6 wt.%), the concentration of europium salt (europium ions) in the initial solution is Csol Eu = 5.0 wt.% (CEu = 1.6 wt.%).

Download (23KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences