WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Решается система дифференциальных кинетических уравнений первого порядка, записанных для числа возбужденных нанокристаллов в образцах ПК после снятия импульса фотовозбуждения, с учетом процессов миграции экситонов в них. При использовании приближения «локальной квазиидентичности» нанокристаллов, то есть близкой формы и размеров нескольких соседних nc-Si в рассматриваемой цепочке, исходная система дифференциальных уравнений значительно упрощается и приводится к виду:

dN N1 2DN12, (3) dt r DN, где N1 – количество возбужденных nc-Si (содержащих по одному экситону), N – количество nc-Si с дефектами, r – скорость излучательной рекомбинации, D – коэффициент миграции экситонов.

Полученное обыкновенное дифференциальное уравнение (3) допускает решение в аналитическом виде:

(0) NN1(t), (4) (0) exp(t) 2DN1 (exp(t) 1) (0) где N1(t 0) N1 – начальный уровень фотовозбуждения. Формула (4) используется для аппроксимации кинетических кривых релаксации ФЛ НД и УД ПК в вакууме (рисунок 6, сплошные линии); отмечается ряд преимуществ выражения (4) перед «растянутой» экспонентой, традиционно используемой для аппроксимации кинетик ФЛ неупорядоченных твердотельных систем, в том числе ПК.

Затем в рамках модели экситонной миграции проводится теоретический анализ эффективности генерации синглетного кислорода, на основе которого получаются теоретические зависимости доли фотосенсибилизированного О2 в слоях микро-ПК от уровня фотовозбуждения, концентрации молекулярного кислорода и концентрации дефектов в образце.

Раздел 4.5 посвящен экспериментальному изучению влияния степени окисления на фотосенсибилизационную активность микро-ПК. Показано, что фотостимулированное окисление образцов ПК приводит к монотонному спаду эффективности генерации О2, что имеет важное значение для 0.(2) (1) 0.0 100 200 300 400 Время (мкс) Рис. 6 Кинетики ФЛ низкодисперсных (1) и ультрадисперсных (2) порошков ПК пористостью 70% в вакууме p = 1 мбар, измеренные при = 760 нм.

практических применений. Действительно, по окончании процесса фотосенсибилизации ансамбли nc-Si превращаются в нетоксичный аморфный SiO2, безвредный для живых клеток.

В заключение, отмечается качественное соответствие всех расчетных и экспериментальных зависимостей, которое свидетельствует о правильности исходных принципов разработанной теории миграции экситонов по сети связанных nc-Si.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В работе предложен и апробирован метод диагностики фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода в слоях PL I (отн. ед.) пористого кремния с различным размером гранул, осуществляемый с помощью ЭПР и ФЛ спектроскопии. Были получены следующие основные результаты:

1. Разработан метод ЭПР-диагностики генерации синглетного кислорода и определения его концентрации в процессе фотосенсибилизации в ансамблях кремниевых нанокристаллов. Данный метод основан на изменении времен релаксации спиновых центров – оборванных связей кремния. С его использованием в режиме непрерывного воздействия СВЧ излучения изучен процесс фотосенсибилизации молекул кислорода в слоях микропористого кремния при различных давлениях кислорода и интенсивностях возбуждающего света и получены концентрации образующегося синглетного кислорода.

2. Определены времена спин-решеточной и спин-спиновой релаксации СЦ в слоях микро- и мезо-пористого кремния методом импульсного ЭПР. Для микро-ПК зафиксировано увеличение времен релаксации СЦ при освещении образцов в кислороде, что объясняется процессом генерации синглетного кислорода. Кроме того, для обоих типов указанных образцов обнаружено замедление продольной и поперечной релаксации в вакууме по сравнению с атмосферой кислорода. На основе полученных данных выявлен магнитный диполь-дипольный характер взаимодействия парамагнитных молекул триплетного кислорода со спиновыми центрами на поверхности кремниевых нанокристаллов.

3. Выполнено детектирование молекул триплетного кислорода на поверхности пористого кремния методом ЭПР спектроскопии как в темновых условиях, так и при наличии освещения. Обнаружено уменьшение их концентрации примерно на 30 % при фотовозбуждении нанокристаллов кремния, что свидетельствует о переходе части молекул О2 в синглетное состояние и согласуется с другими данными по исследованию процесса генерации синглетного кислорода.

4. Изучено влияние размеров гранул пористого кремния на процесс фотосенсибилизации молекулярного кислорода на поверхности составляющих его нанокристаллов методами ЭПР и ФЛ спектроскопии.

Обнаружено увеличение эффективности генерации синглетного кислорода при ультрадисперсном измельчении исследуемых образцов, обусловленное ограничением переноса энергии между связанными нанокристаллами за счет прерывания траекторий миграции экситонов при уменьшении размера гранул ПК.

5. Выполнен теоретический анализ процессов переноса энергии между связанными nc-Si и фотосенсибилизации молекулярного кислорода на их поверхности с учетом экситонной миграции. В рамках предложенной модели релаксационных процессов с высокой степенью точности аппроксимированы кинетические кривые спада ФЛ ПК.

Получена оценка эффективности генерации молекул О2 в слоях ПК.

Зафиксировано, что в процессе окисления nc-Si происходит монотонная деградация их фотосенсибилизационной активности.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Константинова, Е.А. Исследование процесса генерации синглетного кислорода в ансамблях фотовозбужденных нанокристаллов кремния методом электронного парамагнитного резонанса / Е.А. Константинова, В.А. Демин, В.Ю. Тимошенко // ЖЭТФ. – 2008. – Т. 134. – № 3 (9) – С.

557-566.

2. Демин, В.А. Взаимодействие Pb-центров с молекулами кислорода в порошках пористого кремния с различным размером гранул / В.А.

Демин, Е.А. Константинова, М.Б. Гонгальский // Химическая физика. – 2008. – Т. 27. – № 10. – С. 90-94.

3. Константинова, Е.А. ЭПР-диагностика фотосенсибилизированной генерации синглетного кислорода на поверхности нанокристаллов кремния / Е.А. Константинова, В.А. Демин, В.Ю. Тимошенко, П.К.

Кашкаров // Письма в ЖЭТФ. – 2007. – Т. 85. – № 1. – С. 65-68.

4. Konstantinova, E.A. Electron-paramagnetic resonance and photoluminescence study of Si nanocrystals-photosensitizers of singlet oxygen molecules / E.A. Konstantinova, V.A. Demin, A.S. Vorontzov, Yu.V. Ryabchikov, I.A. Belogorohov, L.A. Osminkina, P.A. Forsh, P.K.

Kashkarov, V.Yu. Timoshenko // J. Non-Cryst. Sol. – 2006. – V. 352. – № 8.

– P. 1156-1159.

5. Konstantinova, E.A. EPR diagnostics of singlet oxygen generation on porous silicon surface / E.A. Konstantinova, V.A. Demin, M.B. Gongalskiy, Yu.V. Ryabchikov, P.K. Kashkarov // Materials of 6-th International Conference PSST-2008, Sa-Coma (Mallorca), Spain, 2008, March, 10-14. – Sa-Coma (Mallorca), 2008. – P. 375-376.

6. Konstantinova, E.A. EPR study of silicon nanocrystals-photosensitizers of singlet oxygen molecules / E.A. Konstantinova, V.A. Demin, P.A. Forsh, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov, K. Lips // Materials of 5-th International Conference PSST-2006, Barselona-Sitges, Spain, 2006, March, 12-17. – Barselona-Sitges, 2006. – P. 410-411.

7. Ryabchikov, Yu.V. Photoluminescence and EPR investigation of silicon nanocrystals as photosensitizers of singlet oxygen molecules / Yu.V.

Ryabchikov, A.S. Vorontzov, I.A. Belogorokhov, V.A. Demin, L.A.

Osminkina, E.A. Konstsntinova, P.A. Forsh, P.K. Kashksrov, V.Yu.

Timoshenko // 21-st International Conference on «Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors» : Book of Abstracts, Lisbon, Portugal, 2005. – Lisbon, 2005. – P. 380.

8. Vorontsov, A.S. Optical Spectroscopy of Silicon Nanocrystals for Biomedical Applications / A.S. Vorontsov, V.A. Demin, Yu.V. Ryabchikov, V.Yu. Timoshenko, P.K. Kashkarov // Sensors for Environment, Health and Security: Advanced Materials and Technologies, Vichy, France, 2007. – Vichy, 2007. – P. 116.

9. Рябчиков, Ю.В. Исследование генерации синглетного кислорода в ансамблях кремниевых нанокристаллов методами ФЛ и ЭПР / Ю.В.

Рябчиков, А.С. Воронцов, И.А. Белогорохов, Л.А. Осминкина, В.А.

Демин, Е.А. Константинова, П.А. Форш, В.Ю. Тимошенко, П.К.

Кашкаров // VIII Российская конференция по физике полупроводников «Полупроводники-2007», Екатеринбург, 2007.– Екатеринбург, 2007. – С. 102.

10. Демин, В.А. Влияние размеров гранул пористого кремния на эффективность генерации синглетного кислорода на поверхности составляющих его нанокристаллов / В.А. Демин, Е.А. Константинова // Ломоносовские чтения-2008, секция физики : сборник тезисов докладов, Москва, 16-25 апреля 2008. – М. : Изд-во физ. фак. МГУ, 2008. – С. 94-97.

11. Демин, В.А. Исследование фотосенсибилизации синглетного кислорода на поверхности нанокристаллов кремния методом импульсного ЭПР / В.А. Демин // Ломоносов-2006. Секция «Физика» :

сборник тезисов, т. 2, Москва, 2006. – М. : Изд-во физ. фак. МГУ, 2006.

– С. 63-65.

12. Демин, В.А. Исследование генерации синглетного кислорода в пористом кремнии методом ЭПР / В.А. Демин // Ломоносов-2005.

Секция «Физика» : сборник тезисов, т. 2, Москва, 2005. – М. : Изд-во физ. фак. МГУ, 2005. – С. 61-63.

13. Демин, В.А. Люминесцентные свойства ансамблей связанных нанокристаллов кремния в рамках модели экситонной миграции / В.А.

Демин, Е.А. Константинова, П.К. Кашкаров // Аморфные и микрокристаллические полупроводники : Сборник трудов VI Международной конференции, Санкт-Петербург, 7-9 июля 2008.– Спб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – С. 106-107.

14. Константинова, Е.А. Диагностика генерации синглетного кислорода в кремниевых нанокристаллах методом ЭПР-спектроскопии / Е.А.

Константинова, В.А. Демин, П.К. Кашкаров // Аморфные и микрокристаллические полупроводники : Сборник трудов VI Международной конференции, Санкт-Петербург, 7-9 июля 2008.– Спб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – С. 114-115.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»