Electron and vibration structure of fluorine-containing polyamide film under high energetic electron irradiation

Influence of high energetic electron irradiation (Еᵢ = 1.8 МеV) on the electron and vibrational properties of fluorine containing polyamide films was studied. Nature of electron transitions and vibration bands in Raman and IR-absorption spectra in the initial state of the film was determined by quantum-chemical calculations. Results of optical absorption, Raman scattering and IR-absorption showed that irradiation of the film with dose of 1 MGy does not lead to significant changes of electron and vibrational structure. Increase of the dose to 3 MGy influences the intensity of vibration bands in Raman and IR-absorption spectra. Films that were transparent in the initial state became yellow-colored and fragile after the irradiation.Приведено дослідження впливу опромінення плівок фторвмісного поліаміду високоенергетичними електронами (Еᵢ = 1,8 МеВ) на його електронну та коливну структуру. За допомогою квантово-хімічних розрахунків встановлено природу електронних переходів та смуг КРС, а також ІЧ-поглинання у вихідному стані. Результати оптичного та ІЧ-поглинаннь, раманівського розсіяння світла показують, що дані плівки при дозі 1 МГр зберігають свою електронну та коливну структуру. Збільшення дози до 3 МГр призводить до зміни інтенсивностей коливних мод у спектрах раманівського розсіяння та ІЧ-поглинання. При даній дозі плівки втрачають прозорість, набуваючи жовтого кольору, і стають крихкими.Приведены исследования влияния облучения пленок фторсодержащего полиамида высокоэнергетическими электронами (Еᵢ = 1,8 МэВ) на его электронную и колебательную структуру. С помощью квантово-химических расчетов установлена природа электронных переходов и полос КРС, а также ИК-поглощения в исходном состоянии. Результаты оптического и ИК-поглощения, рамановского рассеяния света показывают, что данные пленки при дозе 1 МГр сохраняют свою электронную и колебательную структуру. Увеличение дозы до 3 МГр приводит к изменению интенсивностей колеблющихся мод в спектрах рамановского рассеяния и ИК-поглощения. При данной дозе пленки теряют прозрачность, приобретая желтый цвет, и становятся хрупкими

Irradiation-induced changes in vibration structure of films of squaraine dye

Influence of high energetic electron irradiation (Еₑ = 1.8 МеV) on the vibration properties of the squaraine dye film was studied. Quantum-chemical calculations were applied for determination of vibration bands in Raman spectra of the squaraine dye molecule. Results of Raman scattering of the film showed that its irradiation with dose of 1 MGy leads to shift of vibration bands positions by 2…6 cm⁻¹, appearance of background due to knocking of the atoms from the squaraine dye molecules. But all vibration modes at this dose are still present that points on possibility of functioning of the squaraine film in solar elements at this dose.Розглянуто вплив високоенергетичного електронного опромінення (Еₑ = 1,8 МеВ) на коливні властивості плівки зі сквараїнового барвника. За допомогою квантово-хімічних розрахунків встановлено коливні смуги у спектрі комбінаційного розсіяння світла молекули сквараїнового барвника. Результати комбінаційного розсіяння світла плівки показують, що її опромінення з дозою 1 МГр приводить до зсуву положень коливних мод на 2…6 cм⁻¹, появи радіаційного фону внаслідок вибивання атомів з каркасу молекул сквараїнових барвників. Проте, при цій дозі всі коливні моди зберігаються, що вказує на можливість функціонування сквараїнових плівок у сонячних елементах.Рассмотрено влияние высокоэнергетического электронного облучения (Еₑ = 1,8 МэВ) на колебательные свойства пленки из сквараинового красителя. С помощью квантово-химических расчетов определены колебательные полосы в спектре комбинационного рассеяния света молекулы сквараинового красителя. Результаты комбинационного рассеяния света пленки показали, что облучение с дозой 1 MГр приводит к смещению положений колебательных мод на 2…6 cм⁻¹, появлению радиационного фона вследствие выбивания атомов с каркаса молекул сквараиновых красителей. Но при данной дозе все колебания сохраняются, что указывает на возможность функционирования сквараиновых пленок в солнечных элементах

Radiation sensitization of the idle voltage spectrum in the photoactive layers of the C₆₀ molecules and squaraine dyes DBSQ

Quantum-chemical calculations of geometry, charge transfer, energy states, localization of molecular orbitals, optical transitions for complexes of fullerene C₆₀ molecules and DBSQ squaraine dyes were obtained. Optical absorption spectra of C₆₀-DBSQ two-layer films are investigated. It is shown that the films form J-aggregates of dye and complexes with charge transfer C₆₀-DBSQ on the interface. The presence of these complexes leads to the complex structure of the idle voltage spectra. The emergence as a result of high-energy electron irradiation (Ee = 1.8 MeV) with an absorption dose of 2.0 MRad [2+2]-the cyclic connection between fullerenes and dye significantly affects the formation of complexes with charge transfer. The indicated effect results in radiation sensitization of the idle voltage spectra, which manifests itself in the hypsochromic shift of its bands and the modification of the photosensitivity of the photovoltaic cells.Проведено квантово-хімічні розрахунки геометрії, переносу зарядів, енергетичних станів, локалізації молекулярних орбіталей, оптичних переходів для комплексів молекул фулеренів C₆₀ та сквараїнових барвників DBSQ. Досліджено спектри оптичного поглинання двошарових плівок C₆₀–DBSQ. Показано, що в плівках формуються J-агрегати барвника та комплекси з перенесенням зарядів C₆₀–DBSQ на інтерфейсі. Наявність вказаних комплексів призводить до складної будови спектрів напруги холостого ходу. Виникнення в результаті високоенергетичного електронного опромінення (Ее=1,8 МеВ) з дозою поглинання 2,0 МРад [2+2]-циклопід’єднання між фулеренами і барвником істотно впливає на формування комплексів з перенесенням зарядів. Вказаний вплив призводить до радіаційної сенсибілізації спектра напруги холостого ходу, яка проявляється в гіпсохромному зсуві її смуг та модифікації фоточутливості фотовольтаїчних комірок.Проведены квантово-химические расчеты геометрии, переноса зарядов, энергетических состояний, локализации молекулярных орбиталей, оптических переходов для комплексов молекул фуллеренов C₆₀ и сквараиновых красителей DBSQ. Исследованы спектры оптического поглощения двухслойных пленок C₆₀– DBSQ. Показано, что в пленках формируются J-агрегаты красителя и комплексы с переносом зарядов C₆₀– DBSQ на интерфейсе. Наличие указанных комплексов приводит к сложному строению спектров напряжения холостого хода. Возникновение в результате высокоэнергетического электронного облучения (Ее=1,8 МэВ) с дозой поглощения 2,0 МРад [2+2]-циклоприсоединения между фуллеренами и красителем существенно влияет на формирование комплексов с переносом зарядов. Указанное воздействие приводит к радиационной сенсибилизации спектра напряжения холостого хода, которая проявляется в гибсохромном сдвиге ее полос и модификации фоточувствительности фотовольтаических ячеек

Electron-conformational rearrangement in nanocomposites films of poly-N-epoxypropylcarbazole with fullerenes C₆₀

Optical absorption spectra, optical conductivity, refractive index n, extinction coefficient k and photoluminescence in nanocomposite films of poly-N-epoxypropylcarbazole (PEPC) with 0,7; 1,35; 2,5 and 4 wt.% of C₆₀ molecules were studied. Substantial restructuring of these spectra with changing the fullerene C₆₀ content was established not only in the intrinsic absorption, but also within the energy gap. Reducing the energy distance between states S₁ and T₁ with increasing concentration of C₆₀ molecules was showed, as well as the appearance of additional broad structureless bands with a maximum near 700 nm in the long-wave photoluminescence spectrum. Restructuring of the spectra is associated with electron-conformational changes caused by appearance of the donor-acceptor interaction between components in the films PEPC-C₆₀ due to formation of the complexes with charge transfer (CCT) in them

Electron structure of TiO₂ composite films with noble metal nanoparticles

Thin nanocrystalline films of ТіО₂, TiO₂/ZrO₂, TiO₂/ZrO₂/SiO₂, TiO₂/ZrO₂/SiO₂/Ag and TiO₂/ZrO₂/SiO₂/Au were prepared using the sol-gel synthesis method. In this paper, we determined the bandgap for direct and indirect band-to-band transitions. Optical conductivity of the films was determined using the spectral ellipsometry method. Depending on the nanocomposite composition, optical conductivity is of different character due to light absorption caused by the presence of the structure intrinsic defects: oxygen vacancies (F²⁺, F, and F⁺ centers), Ti³⁺ ions and interstitial Ti atoms. Rearrangement of the electron spectrum in these thin films due to the aforementioned defects can improve photocatalytic activity in the UV and visible spectral ranges

Electronic structure of С₆₀ derivatives at π-conjugation breaking in models С₆₀Н₂, С₆₀-С₂Н₄, С₆₀-С₅Н₇N, С₆₀-С-(СН₃)₂, and C₅₉

The quantum-chemical calculations were applied for study of changes in the electron structure occurring in fullerene derivatives С₆₀Н₂, С₆₀-С₂Н₄, С₆₀-С₅Н₇N, С₆₀-С-(СН₃)₂, and C₅₉ molecules, which are convenient model objects with a covalent attachment of various types of ligands and also in fullerene C₅₉ formed by radiation irradiation and accompanied by break of π-conjugation in fullerenes С₆₀. Maximum of alternation of the atomic charges of the fullerene molecule is observed near place of the connection of functional groups and the radiation damage. Breaking of the conjugation leads to lowering of С₆₀ symmetry and splitting of degenerated electronic levels, lowering of energy gap, transition of HOMO-LUMO in the absorption spectra becomes allowed and other transitions shifted.За допомогою квантово-хімічних розрахунків досліджено електронну структуру в молекулахС₆₀Н₂, С₆₀-С₂Н₄, С₆₀-С₅Н₇N, С₆₀-С-(СН₃)₂ та C₅₉, які є зручними модельними об’єктами для вивчення змін, що відбуваються у фулеренах при ковалентному під’єднанні до них лігандів різного типу, а також у фулерені C₅₉, що утворюється при радіаційному опроміненні і що супроводжується розривом π-спряження у фулеренах С₆₀. Показано, що відбувається порушення рівномірного розподілу зарядів атомів молекули фулерену, а в околі місця під’єднання функціональних груп та радіаційного пошкодження спостерігається максимальне чергування знаків зарядів на атомах вуглецю. Розщеплення вироджених електронних рівнів фулерену приводить до зменшення енергетичної щілини та зняття заборони на перехід НОМО-LUMO у спектрах поглинання.С помощью квантово-химических расчетов исследована электронная структура в молекулах С₆₀Н₂, С₆₀-С₂Н₄, С₆₀-С₅Н₇N, С₆₀-С-(СН₃)₂, и C₅₉, которые являются удобными модельными объектами для изучения изменений, происходящих в фуллеренах при ковалентном подсоединении к ним лигандов разного типа, а также в фуллерене C₅₉, который образуется при радиационном облучении и сопровождается разрывом π-сопряжения в фуллеренах С₆₀. Показано, что происходит нарушение равномерного распределения зарядов атомов молекулы фуллерена, а в области подсоединения функциональных групп и радиационного повреждения наблюдается максимальное чередование знаков зарядов на атомах углерода. Расщепление вырожденных электронных уровней фуллерена приводит к уменьшению энергетической щели и снятия запрета на переход НОМО-LUMO в спектрах поглощения

Особливості пружних та непружних властивостей радіаційно зв’язаних гідрогелів

Шляхом вимірювання пружних та непружних механічних характеристик досліджено залежності ефективності радіаційного зв’язування гідрогелів. Експериментально виміряно статичний пружний модуль Е при стисненні та при розтягуванні; межу пружності σЕ, межу ефективної плинності σfl та межу міцності σst при стисненні для радіаційно зв’язаних гідрогелів з концентраціями 5, 6, 8, 10 % полівінілового спирту. Встановлено, що абсолютні значення статичного модуля E, межі пружної σЕ, межі граничної ефективності текучості σfl, межі міцності при стисненні σst в радіаційно зв’язаних гідрогелях визначаються утворенням нанокластерів молекул полівінілового спирту. В результаті досліджень визначено оптимальні склади початкових гідрогелів та режими їх електронного опромінення, які дозволяють виготовити радіаційно зв’язаний гідрополімерний композит з необхідними характеристиками при дозах опромінення. Сітка ланцюгів молекул модифікованого полімеру має велику кількість різних дефектів, які не беруть участі в передачі напружень σ в сітці, і, отже, не вносять вклад в її модуль пружності G, E. Важливо, що радіаційна деструкція основних ланцюгів молекул полівінілового спирту, які містять подвійні C=C зв'язки, впливає на формування сітки утворюваних гідрогелів. Пов'язки на основі опромінених гідрогелів являють собою еластичні товсті плівки з прозорого желе стерильного матеріалу, що складається з C = 85÷90 % дистильованої води. Такі пов'язки повинні бути біологічно сумісними і не прилипати до ран для надання невідкладної допомоги при кровотечах або опіках. Вони можуть містити деякі антисептичні, знеболюючі, кровоспинні ліки. Характер взаємодії полімерного гідрогелю з організмом, його проникність для різних речовин і клітин, термін біодеградації, його механічні властивості визначаються параметрами тривимірної полімерної сітки, яка утворюється при формуванні гідрогелю. Прогнозування та контроль механічних властивостей гідрогелів має велике значення при оцінці їх застосування.The dependences of efficiency of the radiation cross-linking hydrogels by the elastic and inelastic characteristics were investigated. The static elastic module Е at compression and extension, elastic limit σЕ, effective fluidity limit σfl, strength limit at compression σst for the radiation cross-linked hydrogel with 5, 6, 8, 10 % polyvinyl alcohol were measured. The values of static module E, elastic limit σЕ, effective fluidity limit σfl, strength limit at compression σst of the radiation cross-linked hydrogels are determined by the formation of the polyvinyl alcohol molecules nanoclusters. The optimum compositions of initial hydrogels and electronic irradiation regimes, which allow making the radiation cross-linked hydro polymeric composites with the necessary characteristics at the radiation doses, were found. The modified polymer real network has the large number of different defects, which do not participate in the transfer of the strains σ in the network, and, therefore, do not contribute to its elastic module G, E. It is important that the radiation destruction of the polyvinyl alcohol molecules main chains, which contain the double C=C bonds, influences the formation of the formed hydrogels network. The bandages based on the radiation cross-linked hydrogels are elastic thick films of transparent jelly sterile material that consists of C = 85 ÷ 90 % distilled water. Such bandages must be biologically compatible and not stick to the wounds for the grant of the urgent help at bleeding or burns. They can contain some antiseptic, anesthetic, hemostatic drugs. The nature of the interaction of the polymer hydrogel with the body, its permeability to various substances and cells, the period of biodegradation, its mechanical properties are determined by the parameters of the threedimensional polymer network that is formed during the formation of the hydrogel. The prediction and control of hydrogels mechanical properties is very important in assessing the applicability of hydrogels

Photocatalysis by TiO₂ films at structure relaxation

The crystalline and electron structure of TiO₂ and TiO₂/ZrO₂/SiO₂ coating obtained by sol-gel technique and annealed at 773 K and 873 K has been studied. The film synthesis and further heat treatment result in formation of nano-sized anatase particles with a developed surface and shallow and deep traps within the band gap of titania. Rater localized electron states correspond to these defects, which result in occurrence of some new optical absorption bands. Some of the optical conductivity bands belong to oxygen vacancies which are deep defects, and the other ones are connected with surface defects. The nature of surface defects should be various. The presence of shallow defects deforms the edge of conductive band, tailing it

Особливості непружних та пружних характеристик Si та SiO2/Si структур

Вимірювання температурних залежностей внутрішнього тертя (ВТ) проводилося на ідентичних, що пройшли один i той же технологічний маршрут, підкладках Si р-типу, орієнтації (100), легованого бором B, з питомим електроопором p ≈ 7,5 Ом·см, товщиною h ≈ 4.7·105 нм після нанесення на них шару SiO2 товщиною h ≈ 600 нм в результаті високотемпературного окислення в сухому O2 при T0 ≈ 1300 K. В процесі вимірювань було встановлено, що відпал структурних дефектів Si змінює форму температурного спектру ВТ. Піки ВТ Q – 1М, що утворюються точковими дефектами, можна було спостерігати при умові, коли підкладка Si нагрівалася зі швидкістю V = ΔT/Δt ≤ 0.1 К/с. Після рентгенівського опромінення дозою y ≈ 104 Р максимум ВТ при ТМ1 ≈ 320 К різко зростає; його висота Q – 1М1 збільшується майже у 3 рази при зменшенні вдвічі ширини ΔQ – 1М1, що свідчить про проходження процесу релаксації одного типу радіаційних дефектів. Для піка ВТ в підкладці Si при ТМ1 ≈ 320 К було отримано значення енергії активації H1 ≈ 0,63 eВ. Близькість отриманого нами значення енергії активації H1 при ТМ1 ≈ 320 К до енергії міграції для додатно заряджених мiжвузлових атомів Sii + H0 ≈ 0,85 eВ дозволяє припустити релаксаційний механізм, що обумовлений переорієнтацією міжвузлових атомів Sii. При електронному опроміненні в результаті зіткнення електронів з атомами Si відбувається утворення дефектів по Френкелю. Оцінки показують, що енергія електронів W ≈ 1 MeВ, яка відповідає експерименту, достатня для зміщення атомів Si із своїх рівноважних положень. Після опромінення дозою y ≈ 105 Р висота максимуму Q – 1М1 при ТМ1 ≈ 320 К в порівнянні зі спектром ВТ до опромінення істотно не змінилася, що свідчить про особливий вплив дози y ≈ 105 Р.Measurement of temperature dependences of internal friction (IF) was performed on identical Si p-type substrates, orientation (100), doped with boron B, with specific resistivity p ≈ 7.5 Ohm·cm and thickness h ≈ 4.7·105 nm. The samples passed the same technological route after deposition of a SiO2 layer with thickness h ≈ 600 nm because of high-temperature oxidation in dry O2 at T0 ≈ 1300 K. It was found that the annealing of structural defects in Si changes the shape of the IF temperature spectrum Q – 1(T). The IF peaks QM – 1 formed by point defects could be observed under the condition that Si was heated at a rate V = ΔT/Δt ≤ 0.1 K/s. After X-ray irradiation with a dose y ≈ 104 R, the IF maximum at TM1 ≈ 320 K increases sharply; its height Q – 1M1 increases almost threefold with a twofold decrease in the width ΔQ – 1M1, which testifies to the process of relaxation of radiation defects of the same type. The activation energy value H1 ≈ 0.63 eV was obtained for the IF peak QM – 1 in the Si plate at TM1 ≈ 320 K. The proximity of the obtained activation energy H1 at TM1 ≈ 320 K to the migration energy H0 ≈ 0.85 eV for positively charged interstitial atoms Sii+ suggests a relaxation mechanism due to the reorientation of interstitial atoms Sii. Upon electron irradiation, as a result of the collision of electrons with Si atoms, Frenkel defects are formed. Calculations show that the electron energy W ≈ 1 MeV, which corresponds to the experiment, is sufficient to shift Si atoms from their equilibrium positions. After irradiation with a dose y ≈ 105 R, the IF Q – 1M1 maximum height at TM1 ≈ 320 K did not change significantly in comparison with the IF Q – 1(T) spectrum before irradiation that indicates a special effect of the dose y ≈ 105 R