Жолудов Юрій Тимофійович. Багатофункціональний електрохемілюмінесцентний елемент з плівками Ленгмюра-Блоджетт на електроді : Дис... канд. наук: 01.04.01 - 2008.
Анотація до роботи:
Жолудов Ю.Т. Багатофункціональний електрохемілюмінесцентний елемент з плівками Ленгмюра-Блоджетт на електроді. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2007.
Дисертація присвячена дослідженню фізичних процесів, що протікають в багатофункціональних електрохемілюмінесцентних елементах, які призначені для хімічного аналізу та генерації когерентного та некогерентного оптичного випромінювання, з робочими електродами, модифікованими штучно організованими молекулярними ЛБ плівками з вбудованими молекулами органічних люмінофорів.
В роботі проведено аналіз фізичних процесів, що протікають в електрохемілюмінесцентних елементах з модифікованим робочим електродом. За допомогою розроблених математичних моделей проведені розрахунки основних фізичних процесів, що впливають на роботу ЕХЛ-елемента. Отримані результати та моделі дозволяють прогнозувати кінетичні, енергетичні характеристики та краще розуміти функціонування ЕХЛ-елемента.
Розроблена конструкція та технологія зборки ЕХЛ-елемента з модифікованим робочим електродом, який може застосовуватись як джерело некогерентного оптичного випромінювання або як сенсор на деякі хімічні сполуки. Крім того, розроблена багатошарова структура робочого електрода ЕХЛ-елемента, що має хвилеводні властивості та може застосовуватись для генерації когерентного оптичного випромінювання, проведено теоретичне дослідження параметрів та умов генерації.
Також в роботі досліджені електрохімічні та ЕХЛ-властивості елементів з електродами, модифікованими мультишаровими впорядкованими плівками ЛБ органічних люмінофорів.
В дисертації вирішено актуальну наукову задачу дослідження фізичних процесів, що протікають в багатофункціональних електрохемілюмінесцентних елементах з робочим електродом, модифікованим впорядкованими плівками органічних люмінофорів.
1. Проведено аналіз фізичних процесів, що протікають в багатофункціональних електрохемілюмінесцентних елементах з мультишаровими впорядкованими плівками органічних люмінофорів на електроді при їх функціонуванні. Виділено такі основні процеси, як: формування іон-радикалів розчиненої електрохімічно-активної сполуки на допоміжному електроді та їх дифузійний масоперенос в об’ємі до робочого електрода; формування іон-радикалів іммобілізованого люмінофору на поверхні плівки ЛБ; рекомбінація іммобілізованих та розчинених іон-радикалів з виділенням відповідної енергії та її безвипромінювальний перенос вглиб плівки ЛБ; гасіння люмінесценції люмінофорів у плівці ЛБ.
2. Розроблені математичні моделі виділених фізичних процесів, що протікають в ЕХЛ-елементі з модифікованим робочим електродом при його роботі та розглянуті основні властивості цих моделей. Розроблені моделі окремих процесів можна суміщати для отримання загальної моделі роботи ЕХЛ-елемента. Такий підхід є досить гнучким і дозволяє включати в розрахунки тільки ті процеси, які суттєві для роботи елемента в залежності від його функціонального призначення. Всі розроблені моделі реалізовані в вигляді програм для математичного пакету Mathematica фірми Wolfram Research.
3. За допомогою розроблених математичних моделей проведені відповідні розрахунки основних фізичних процесів, що впливають на роботу ЕХЛ-елемента. Розрахунки проведені для певних параметрів системи, що є найбільш цікавими на практиці. Отримані результати та моделі дозволяють прогнозувати кінетичні та енергетичні властивості електрохемілюмінесцентних елементів з впорядкованими плівками органічних люмінофорів на електроді та режими їх функціонування. Виявлені особливості кінетики процесів в такому типі елементів у залежності від того, чим обмежена загальна швидкість процесів - дифузійним масопереносом чи переносом заряду через структуру ЛБ-плівки чи обома цими процесами.
4. За допомогою математичного моделювання встановлено, що процес переносу енергії електронного збудження в плівці ЛБ при наявності процесу гасіння люмінесценції впливає на ефективність збудження ЕХЛ у таких структурах. Правильний підбір товщини ЛБ-плівки з молекулами люмінофору дозволяє підвищувати ефективність роботи пристроїв – джерел оптичного випромінювання на базі ЕХЛ-елемента з модифікованим робочим електродом. В разі розробки хімічних сенсорів на базі цього ж елемента, це впливає на границю визначення відповідних аналітів.
5. Розроблена конструкція та технологія збірки ЕХЛ-елемента з мультишаровими впорядкованими плівками органічних люмінофорів на робочому електроді. Прозорий робочий електрод виготовлено зі скляної пластини з ITO шаром, а допоміжний зі скловуглецевої пластини. Така конструкція може застосовуватись як джерело некогерентного оптичного випромінювання, або як сенсор на деякі сполуки, що мають властивості сореагентів для збудження ЕХЛ.
6. Експериментально досліджені електрохімічні та ЕХЛ-властивості електродів, модифікованих мультишаровими впорядкованими плівками ЛБ органічних люмінофорів. Отримані результати для плівок систем ПММА/рубрен та ПММА/ДФА свідчать про досить високу стабільність властивостей цих плівок. Також досліджено залежність ЕХЛ та електрохімічних властивостей ЛБ-плівок від товщини. Виявлено та досліджено вплив переносу енергії електронного збудження вглиб ЛБ-плівки за наявності гасіння люмінесценції на ефективність збдження ЕХЛ в ЛБ-плівках.
7. Експериментально досліджена залежність інтенсивності ЕХЛ від концентрації сореагенту має лінійній характер у досить широкому діапазоні концентрацій: 10-5 510-3 М. Це є передумовою використання ЕХЛ-елемента з модифікованим робочим електродом в якості простого та чутливого хімічного сенсора для детектування речовин, що мають як властивості ЕХЛ-сореагентів, так й аналітичне значення (аміни та їх похідні, оксалат і деякі інші).
8. Розроблена багатошарова структура робочого електрода ЕХЛ-елемента, що має хвилеводні властивості та може застосовуватись для генерації когерентного оптичного випромінювання при електрохімічному збудженні. На базі розробленої математичної моделі досліджено деякі кінетичні та енергетичні параметри випромінювання, а також умови досягнення лазерної генерації в такій структурі.
Масолова Н.В., Жолудов Ю.Т., Рожицкий Н.Н. Переходные процессы в оптохемотронном устройстве с тонкопленочной электродной структурой // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб.- 2003.- Вып. 136.-С.133-138.
Бых А.И., Жолудов Ю.Т., Рожицкий Н.Н. Особенности массопереноса в тонкослойном сенсоре на основе эффекта электрохимической люминесценции // Радиотехника: Всеукр. межвед. научн.-техн. сб.- 2006.- Вып. 145.-С.34-38.
Vasyanovitch D.A., Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Possibility of a laser action under electrochemical excitation in a cell with multilayer working electrode // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics.- 2004.- Vol. 7, №3.- P. 304-308.
Zholudov Yu.T., Rozhitskii M.M. Interlayer transfer and quenching of excitation energy in Langmuir-Blodgett films, deposited onto electrodes of electrochemiluminescent sensor // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. – 2007. - №2. – С. 28-34.
Vasyanovitch D.A., Zholudov Yu.T., Rozhitskii N.N. Simulation of processes in optochemotronic emitter with electrodes, modified by means of Langmuir-Blodgett technique // Functional Materials.-2004.-Vol.11, №2.-С.241-246.
Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Energy transfer and localization in optochemotronic emitter with electrodes modified using the Langmuir-Blodgett technique //Functional Materials.- 2005.- Vol.12, №1.- P.40-44.
Жолудов Ю.Т. Итерационный расчет кинетики процессов в электрохимическом устройстве с модифицированным рабочим электродом // Сб. тезисов докл. по материалам 10-ой Юбилейной междунар. научной конф. «Теория и техника передачи, приема и обработки информации»:Харьков-Туапсе, 2004. - Ч.2.– С. 247-248.
Жолудов Ю.Т. Диффузионно-миграционный перенос заряда в тонкослойной безэлектролитной оптохемотронной ячейке // 9-й Междунар. молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков, 2005-С. 140.
Жолудов Ю.Т. Оптимизация структуры электрохемилюминесцентного сенсора с модифицированным рабочим электродом // 11-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков, 2007.-С. 209.
Жолудов Ю.Т. Исследование структуры электродов электрохемилюминесцентного сенсора, модифицированных пленками Ленгмюра-Блоджетт // Матеріали сесії Наукової ради НАН України з проблеми «Аналітична Хімія». – Харьков, 2007.-С. 26.
Масолова Н.В., Жолудов Ю.Т., Рожицкий Н.Н. Разработка модели и математическое моделирование процессов в оптохемотронном сенсоре // Складні системи і процеси. - 2003. - №1.-С.60-68.
Васянович Д.А., Жолудов Ю.Т. Анализ излучательных процессов в электрохемилюминесцентных ячейках оптохемотронного квантового генератора (ОХКГ) // 7-й Междунар. молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков, 2003.-С. 97.
Zholudov Y.T., Zamkovoj A.S. Energy transfer process in optochemotronic sensor modeling // Сб. тезисов докл. по материалам 10-ой Юбилейной междунар. научной конф. «Теория и техника передачи, приема и обработки информации»: Харьков-Туапсе, 2004.- Ч.1.– С.245-246.
Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Nonradiative energy transfer in 2D ordered organic structures // Proceedings of LFNM 2004 6th International Conf. on Laser and Fiber Networks Modeling.- Kharkiv, 2004, P. 137-139.
Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Mass transport calculation for planar electrolyte-free optochemotronic sensor // Proceedings of LFNM 2005 7th International Conf. on Laser and Fiber Networks Modeling.- Yalta, 2005. - P. 301-304.
Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Application of functional polymers for modification of optochemotronic sensor electrodes // Proceedings of International Conf. Analytical Chemistry and Chemical Analysis (AC&CA-05).- Kyiv, 2005. - P. 335.
Жолудов Ю.Т., Рожицкий Н.Н. Применение функциональных полимеров для модификации электродов оптохемотронного сенсора // Сборник научных трудов 2-го Междунар. радиоэлектронного форума «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития».- Харьков, 2005.- Т. 5.- С. 184-186.
Жолудов Ю.Т., Бровко И.В. Перенос энергии в упорядоченных квантоворазмерных структурах на поверхности рабочего электрода в оптохемотронном сенсоре //10-й Междунар. молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». - Харьков, 2006.- С. 160.
Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Physical processes modeling in electrochemiluminescent sensor //2-га Міжнар. науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології”.- Одеса, 2006.- C. 79.
Жолудов Ю.Т., Рожицький Н.Н. Микроэлектронный электрохемилюминесцентный сенсор с модифицированным рабочим электродом // Материалы 1-й Междунар. научной конференции «Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития».- Харьков-Туапсе, 2006.- С.523-524.
Zholudov Yu.T., Rozhitskii M.M. New trends in analytical applications of aqueous electrogenerated chemiluminescence // The International Workshop on Optoelectronic Physics and Technology OPT’2007. – Kharkov, 2007. - P. 29-30.
Жолудов Ю.Т., Васянович Д.А Переходные процессы в оптохемотронном генераторе с полислойной тонкопленочной электродной структурой // 8-й Междунар. молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков, 2004.- С. 175.
Vasyanovitch D.A., Zholudov Y.T., Rozhitskii N.N. Modeling of the organic laser action driven by electrochemical pumping // 1st International Conf. on Advanced Optoelectronics and Lasers. CAOL`2003.- Alushta, 2003.- Vol. 2.- P. 204-206.
Жолудов Ю.Т., Рожицький М.М., Васянович Д.А. Патент України № 75764 МПК H01S 3/063 Хвилеводний лазер з електрохімічним збудженням. Заявл. 16.06.04; Опубл. 15.05.06, Бюл. № 15.- 3 c.
Безкровная О.Н., Саввин Ю.Н., Добротворская М.В., Жолудов Ю.Т. Исследования условий формирования и оптические свойства пленок Ленгмюра-Блоджетт смешанной системы полиметилметакрилат/рубрен для оптохемотронных сенсоров //2-га Міжнар. науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології”.- Одеса, 2006.- C. 212.
Гирич А.А., Жолудов Ю.Т., Замковой А.С., Рожицкий Н.Н. Разработка модели и математическое моделирование оптоэлектронного интерфейса оптохемотронного сенсора // Системи обробки інформації.-2005.-Вип.1.-С.114-121.
Zholudov Yu.T., Rozhitskii M.M. Aqueous ECL from water-insoluble organic luminophors incorporated into Langmuir-Blodgett films on the electrode // 3rd ECHEMS Meeting: Electrochemistry in “Nanosystems and Molecules at Work”. - Te, Czech Republic, 2007. - P. P23.
Zholudov Y.T., Rozhitskii M.M. Optochemotronic sensor for bioliquids assay / Ukrainian-German Symposium on Nanobiotechnology. Current State and Future Prospects for Cooperation.- Kyiv, 2006.- P.170.
