161 "Хімічні технології та інженерія"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/48416
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Полімерні нанокомпозити з нелінійно-оптичними властивостями(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Воронкін, Андрій АнатолійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 "Хімічні технології та інженерія" – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, 2020. Роботу виконано на кафедрі Технології пластичних мас і біологічно активних полімерів Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України. Актуальність теми. В даний час фотоніка та оптоелектроніка є областями науки і технології, що найбільш динамічно розвиваються. Такий стрімкий розвиток був би неможливим без застосування полімерних нелінійнооптичних (НЛО) матеріалів, поряд з традиційними неорганічними кристалами, у різних НЛО застосуваннях. На відміну від неорганічних кристалів з НЛО властивостями, полімерні НЛО матеріали є більш технологічними та економічними, вони мають більш швидкий НЛО відгук і можуть бути використані у вигляді тонких плівок. Також вони позбавлені недоліків що пов’язані з вирощуванням кристалів великих розмірів і форм. Одним із методів створення полімерних НЛО матеріалів є отримання систем “гість хазяїн”, в яких полімерна матриця (хазяїн) наповнена НЛО активним наповнювачем. Як НЛО активні наповнювачі, перспективними можна вважати хромофори флавонольного типу. Дані сполуки є натуральними пігментами, які отриманні з відновлюваних природніх джерел, а їх нецентросиметрична будова забезпечує високу НЛО активність на макроскопічному рівні, цих полімерних матеріалів. Необхідно відзначити, що за рахунок наявності в хімічній структурі флавонолів гідроксильних груп ці сполуки можливо хімічно модифікувати, а додаткова фізична сітка на основі водневих зв’язків приводить до підвищення фізико-хімічних показників (механічна міцність, температура склування, та ін), а також до підвищення часової стабільності полімерних плівок після поляризації. На підставі вищезазначеного, можна зробити висновок, про те що полімерні НЛО нанокомпозитні матеріали, які наповнені хромофорами флавонольного типу є перспективними матеріалами для різних застосувань у фотоніці та оптоелектроніці, а їх дослідження є актуальним і становить як науковий так і практичний інтерес. Тому дисертаційна робота присвячена створенню сітчастих епоксидних полімерних нанокомпозитів з нелінійно оптичними (НЛО) властивостями на основі дигліцидилового етеру бісфенолу А, наповненого хромофорами флавонольного типу. Досліджено закономірності впливу оптичних, термічних, морфологічних властивостей на нелінійно-оптичні параметри наповнених епоксидних полімерних нанокомпозитів і встановлено оптимальну концентрацію наповнювача, за якої не відбувається зниження НЛО активності таких матеріалів. У дисертаційній роботі вперше були отриманні полімерні матеріали з високою нелінійно-оптичною активністю на основі епоксидного полімеру, наповненого природними флавонолами (кверцетин, фізетин), а також хімічно модифікованим природним флавонолом (сульфокверцетином). За допомогою УФ- і видимої спектроскопії виявлено, що молекули наповнювачів, за умов одержання полімерного композиту молекули існують принаймні у двох формах: нейтральній та аніонній. Кількісний перерозподіл між цими двома формами з підвищенням концентрації хромофору в полімерній матриці призводить до утворення асоціатів з різною полярністю, що обумовлює різну спектральну поведінку полімерних нанокомпозитів. Встановлено, що при вмісті хромофору більше чим 20 мас. %, утворені його молекулами асоціати перешкоджають орієнтації молекул наповнювача в електричному полі коронного розряду. Виконані квантово-хімічні розрахунки молекулярної гіперполяризовності (β) різних хромофорів флаванольного показали, що найбільше значення цього параметру має 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавон (кверцетин, β=3.03 ×10⁻⁴⁰). Тому, з метою підвищення НЛО активності наповнювача у роботі був розроблений режим хімічного модифікування саме 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавон за рахунок введення до його хімічної структури сульфогрупи, яка за своєю природою є акцептором Гідрогену, а отже, буде сприятиме збільшенню нецентросиметрії молекули наповнювача і таким чином буде сприяти збільшенню НЛО активності хромофору на молекулярному рівні. Методами ІЧспектроскопії ¹Н та ¹³С ЯМР спектроскопії доведено, що модифікування вихідного хромофору відбулось в положення С8 молекули 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавону та було отримано 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавон-8-сульфонову кислоту. Було встановлено, що за рахунок хімічного модифікування 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавону шляхом введення сульфогрупи в положення С8 даного хромофору, молекули наповнювача існують у вигляді іонної форми. Вперше показано, що таке хімічне модифікування кверцетину приводить до збільшення гіперполяризовності хромофору, а отже в свою чергу і макроскопічних НЛО властивостей полімерних матеріалів, за рахунок асоціації іонів наповнювача. Встановлена залежність макроскопічної поляризовності другого порядку (χ(²)) полімерних нанокомпозитів із 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавону і 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавон-8-сульфонової кислоти від концентрації наповнювача. Показало, що така залежність для полімерних нанокомпозитів із 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавону має екстремальний характер. Тобто за концентрації наповнювача 30 мас.% значення χ(²) максимальне. Збільшення концентрації хромофору призводить до зменшення значень параметру χ(²). З іншого боку, збільшення концентрації 3,5,7,3/,4/-пентагідроксифлавон-8-сульфонової кислоти (до 50 мас.%) в полімерній матриці приводить до збільшення значення χ(²). Цей факт свідчить про те, що збільшення розмірів асоціатів іонних хромофорів, більш сприяє дипольній орієнтації під впливом поляризації під впливом струму коронного розряду, ніж молекул хромофорів у нейтральній формі. Також досліджено вплив концентрації даних хромофорів в полімерній матриці на такі властивості, як: спектральні, теплофізичні, структурні властивості, а також дослідження певних експлуатаційних властивостей, які є визначальними для матеріалів, що використовуються у фотоніці та оптоелектроніці. Проведені дослідження дають перспективу ефективного використання епоксидних полімерів наповнених хромофорами флаванольного типу у різноманітних застосуваннях у фотоніці та оптоелектроніці.