Анотація до роботи:

Лопаткін Ю.М. Фізичні та радіаційно-хімічні процеси в реєструючих середовищах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.17- хімічна фізика, фізика горіння та вибуху.- Одеський національний університет імені І.І.Мечникова, Одеса, 2008.

У дисертації наведені результати експериментального та теоретичного дослідження фізичних, у тому числі радіаційних процесів, які протікають під дією високоенергетичного випромінювання (УФ- і рентгенівського випромінювання) в різноманітних молекулярних системах.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішена наукова проблема – теоретичні основи фізичних і радіаційно-хімічних процесів у молекулярних середовищах за участю високозбуджених молекулярних станів.

У рамках вирішення наукової проблеми обґрунтовується висновок про те, що у фотопроцесах активну участь беруть високозбуджені молекулярні стани (ВЗМС), незважаючи на те, що процеси релаксації збудження є переважно нерівноважними. Релаксація молекул може відбуватися не тільки через переходи в S₁- і T₁- стани, але і такими каналами, як фотогенерація нерівноважних носіїв заряду (перенос електрона між молекулою і матрицею) і дисоціація з ВЗМС. При цьому ВЗМС досягається не тільки шляхом прямого збудження, але і в результаті двоквантових і радіаційних процесів.

У результаті проведених експериментальних і теоретичних досліджень радіаційних процесів, що протікають під дією високоенергетичного випромінювання (іонізуючих рентгенівського та УФ-випромінювання), у тому числі процесів релаксації молекул з високозбуджених станів у різних об'єктах (полікристалічних шарах поліаценів, полімерних розчинах поліаценів, барвників, діазосполук і солей важких металів) з використанням спектроскопічних і квантово-хімічних методів і розроблених методик досліджень у дисертації вирішена наукова проблема – теоретичні основи фізичних і радіаційно-хімічних процесів у молекулярних середовищах за участю високозбуджених молекулярних станів.

У рамках вирішення наукової проблеми:

1. обґрунтовується висновок про те, що у фотопроцесах активну участь беруть високозбуджені молекулярні стани (ВЗМС), незважаючи на те, що процеси релаксації збудження є переважно нерівноважними. Релаксація молекул може відбуватися не тільки через переходи в S₁- і T₁-стани, але і такими каналами, як фотогенерація нерівноважних носіїв заряду (перенос електрона між молекулою і матрицею) і дисоціація з ВЗМС. При цьому ВЗМС досягається не тільки шляхом прямого збудження, але і в результаті двоквантових і радіаційних процесів;

зокрема:

2. у полікристалічних шарах і твердих розчинах поліаценів один з двох каналів дисоціації пероксиду, а саме фотохімічний з утворенням антрахінону, функціонує за участю вищого триплетного стану, останній процес сенсибілізується антраценом; розрахунковим шляхом показано, що при релаксації збудження молекули ТОТ з високозбудженого стану можливе протікання конкуруючих процесів: релаксація в S₁-стан, перенос електрона на матрицю і захоплення електрона;

3. у полімерних розчинах барвників показано, що процес релаксації з високозбуджених станів відбувається за участю електронних станів молекули, які лежать між S_n- та S₁ (T₁)-станами, причому на окремих ділянках релаксація збудження представлена рівноважним процесом, а на інших – нерівноважним; оскільки між S_n- та S₁-станами можуть бути наявні стани з переносом електрона між матрицею та молекулою барвника, а також дисоціативний стан, характерний для даної молекули, короткочасна локалізація збудження на цих високозбуджених станах спричинює дисоціацію молекули чи фотопровідність зразка; збудження молекули в дисоціативний стан можливе як в одноквантовому, так і двоквантовому процесі;

4. у полімерних розчинах молекул зі зв'язком типу Xe-O між фрагментами показано, що спектр поглинання формується інтенсивними *-квантовими переходами, а також слабким s*- переходом у дисоціативний стан; перенос електрона на катіон діазонію та фенілазиди створює необхідні умови для дисоціації молекули з нерівноважного стану, однак це забезпечує можливість сенсибілізації до видимої області спектра барвниками лише солей діазонію; сенсибілізація фотолізу азиду можлива лише до високоенергетичного випромінювання; рентгеночутливість діазоматеріалів обумовлена дією переносу електрона з аніона і з матриці на катіон діазонію, а також негативним фактором - неактивним поглинанням рентгенівського випромінювання катіоном діазонію;

5. у полімерних шарах, що містять MeCl₂ (Ме = Zn, Cd, Hg): 1) радіаційно-хімічним процесом є дисоціація молекули з верхнього триплетного T(ss*)-стану, який можна одержати шляхом прямого електронного збудження або предисоціації з нижнього триплетного T(ps*)- або T(ns*)- стану; 2) процес дисоціації аніона, отриманого шляхом захоплення молекулою електрона, можливий тільки з нерівноважного стану; 3) рекомбінація продуктів дисоціації молекул приводить до утворення молекули Cl-Me-Me-Cl, а при подальшому опроміненні зразка – до утворення більш довгих молекул.

Вирішена проблема має практичну цінність для розв’язування задач фізики високозбуджених станів молекул, для цілей реєстрації інформації, а також у нанофізиці, нанохімії і нанотехнології. Результати роботи використані у наукових дослідженнях і при створенні лабораторних зразків для реєстрації випромінювання, а також у навчальних програмах і у підручнику для студентів і аспірантів фізичних факультетів.

Цитована література

1. Турро Н. Молекулярная фотохимия. – М.: Мир, 1967. – 328 с.

2. Тихонов Е.А., Пржонская О.В., Шпак М.Т. Поглощение и флуоресценция при переходах из высоковозбужденных электронных состояний полиметиновых красителей // Квантовая электроника. – 1987. – Вып.10. – С. 92-108.

3. Смирнов В.А., Бричкин С.Б., Алфимов М.В., Тылтина Л.И., Авраменко Л.Ф. Фотолиз азидов. Фотодиссоциация пара-азидомалахитового зеленого // Химия высоких энергий.– 1979. – Т.13, №2. – С. 156-160.

4. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения /В.Л.Ермолаев, Е.Н.Бодунов, Е.Б.Свешникова, Т.А.Шахвердов. – Л.:Наука, 1977. – 312 с.

5. Кондратенко П.А., Максимюк В.А., Танцюра Л.Я. Двухквантовые процессы в метиленовом голубом в фототермопластической среде // Химическая физика. - 1983. - № 7. - С.955962.

6. Onsager L. Initial recombination of ions // Physical Reviews. - 1938. - Vol.54. - P.554-557.

7. Силиньш Э.А. Электронные состояния органических молекулярных кристаллов. - Рига: Зинатне, 1978. - 344 с.

8. Жарков И.П., Кондратенко П.А., Шрубович Е.В. Об энергетической структуре и механизме фотодиссоциации катиона диазония // Ж. прикладной спектроскопии. 1984. Т.41, №5. С. 803809.

Публікації автора:

1. Верцимаха Я.И., Лопаткин Ю.М. Влияние фотооблучения на фотоэлектрические свойства пленок тетрацена // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. 1984. Вып. 15. С.4954.

2. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М., Скоробогатько А.Ф., Городецкий Ю.Н., Лукьянова О.В., Паутов В.П. О возможности использования водорастворимых полимеров в диазотипии // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. 1984. Вып. 15. С.2733.

3. Городецкий Ю.Н., Лопаткин Ю.М., Скоробогатько А.Ф. Чувствительность диазотипных материалов к рентгеновскому излучению // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. 1986. Вып. 17. С.9598.

4. Кондратенко П.А., Курик М.В., Лопаткин Ю.М. Светочувствительность люминесцентных материалов // Фундаментальные основы оптической памяти и среды. 1987. Вып. 18. С.5963.

5. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А. О механизме тушения экситонной люминесценции антрацена и тетрацена фотооксидами // Журнал прикладной спектроскопии. 1990. Т.52, № 5. С.758763.

6. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М. Эффект клетки в процессах фотоокисления антрацена в полиэтилене // Журнал прикладной спектроскопии. 1993. Т. 58, № 5-6. С. 500503.

7. Лопаткін Ю.М. Фотоперетворення в молекулярних системах (огляд) // Наукові праці. Серія фізика твердого тіла. Суми: СДПІ, 1993. С. 4970.

8. Джос І.Ю., Лопаткін Ю.М. Пострадіаційні ефекти в полімерних //Наукові праці, серія фізика твердого тіла. – Суми: СДПІ, 1993. С.7075.

9. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А., Шовкопляс О.А. Энергетическая структура молекулы HgCl₂ // Вісник Сумського держ. університету. 1997. № 2(8). С.4348.

10. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А., Жарков И.П. Оценки уровня качества сред для регистрации информации // Вісник Сумського державного університету. Серія Фізика, математика, механіка. 2000. № 17. С.7986.

11. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М., Шовкопляс О.А. Радиационные эффекты в молекулярных системах // Ядерная и радиационная безопасность. - 2000. - № 4. - С.8286.

12. Лопаткін Ю.М., Шовкопляс О.А., Кондратенко П.О. Ефект важкого атома при гасінні флуоресценції антрацену // Вісник Сумського державного університету. Серія фіз.-мат. науки. - 2001. - № 3(24)-4(25). - С.9397.

13. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А., Жарков И.П. Кинетика фотодимеризации антрацена в неоднородной полимерной матрице // Теоретическая и экспериментальная химия. - 2001. - Т.37, №2. - С.82-85.

14. Лопаткін Ю.М., Кондратенко П.О., Максимюк В.А. Дослідження електрофізичних властивостей сополімеру метилметакрилату з метакриловою кислотою // Вісник Сумського державного університету. Серія фізика, математика, механіка. 2002. № 5-6. С. 4559.

15. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Вплив d-орбіталей на енергетичну структуру і радіаційно-хімічні властивості молекули HgCl2 // Фізика і хімія твердого тіла. - 2002. - Т.3, № 1. - С.40-48.

16. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M., Kondratenko N.P. Molecules with a Xe-O type interfragmentary bond. Diazonium salts and azides // Functional Materials. - 2002. - Vol.9, № 4. - P.713-720.

17. Kondratenko P.O., Lopatkin Yu.M., Kondratenko N.P. Molecules with bond such as Xe-O between fragments and their application // Materials Science. - 2002. - Vol.20, No.4. - P.93-99.

18. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А., Шовкопляс О.А. Строение и энергетическая структура ртутьсодержащих молекулярных цепей // Вісник Сумського держ. університету. Серія Фізика, математика, механіка.- 2002. - № 13 (46). - С.69-74.

19. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Енергетична структура та радіаційна чутливість хлоридів ртуті кадмію та цинку // Наукові записки НПУ імені М.П.Драгоманова. Серія "Фізико-математичні науки".- 2002. - № 3. - С.24-35.

20. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М., Шовкопляс О.А. Фізичні і радіаційно-хімічні ефекти в молекулярних системах на основі HgCl₂ // Фізика і хімія твердого тіла. - 2003. - Т. 4, № 2. - С.312-316.

21. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M. HgCl₂ based materials for X-rays recording // Functional Materials. - 2003. Vol.10, № 4. - P. 721-729.

22. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Утворення молекулярних ланцюгів за участю атомів підгрупи цинку та їхні спектроскопічні характеристики // Наукові записки НПУ імені М.П.Драгоманова. Серія "Фізико-математичні науки". - 2003. – № 4.- С. 3139.

23. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Кінетика дисоціації фотооксиду антрацену в поліетилені // Фізика і хімія твердого тіла. - 2004. - Т.5, № 2. - С.225-228.

24. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Одно- та двоквантові процеси в твердих розчинах барвників // Фізика і хімія твердого тіла. - 2004. - Т.5, № 3. - С.474-480.

25. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M. Physical processes of image forming in luminescent materials on the basis of anthracene // Ukrainian Journal of Physics. - 2004. -Vol.49, № 12A. - P.A10-A13.

26. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М., Сакун Т.М. Спектроскопічні властивості резазурину в рідких і твердих розчинах // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. Т.7, № 4. С. 695700.

27. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М. Влияние взаимодействия катиона диазония с растворителем на его спектральные свойства // Журнал прикладной спектроскопии. - 2007. Т.74, № 4. - С. 427-432.

28. Кондратенко П.А., Лопаткин С.Ю., Лопаткин Ю.М., Сакун Т.Н. Фотоэлектрические свойства полимерных слоёв с красителями // Вісник Сумського державного університету. Серія Фізика, математика, механіка.- 2007. - № 1. - С. 145-153.

29. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М., Сакун Т.М. Процеси релаксації в високозбуджених молекулах резазурину // Фізика і хімія твердого тіла. 2007. - Т.8, № 1. - С.100-108.

30. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М., Максимюк В.А. Исследование термодеполяризации сополимера метилметакрилата с метакриловой кислотой // Известия ВУЗов. Серия Физ. 1989. Т.32, № 7. С.127. Деп. в ВИНИТИ, рег. № 1376В89. Деп. от 28.02.89.

31. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М., Скоробогатько А.Ф. Диазослои как среды для регистрации рентгеновского излучения // Тезисы докл. II Всесоюз. конф. по физике и технологии тонких пленок, 14-19 мая 1984 г. Ивано-Франковск, 1984. – Ч. II. – С.356.

32. Верцимаха Я.И., Лопаткин Ю.М. Фотоэлектрические методы считывания информации на пленках тетрацена // Тезисы докл. IV Всесоюз. конф. "Бессеребряные и необычные фотографические процессы, 28 февраля - 2 марта 1984 г. Т. II "Фотохимические процессы регистрации информации. Полупроводниковая фотография". Суздаль, 1984. С.194195.

33. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М. Радиационно-химические процессы в поливиниловом спирте // Тезисы докл. IX Всесоюз. совещ. по кинетике и механизму хим. реакций в твердом теле. Алма-Ата; Черноголовка, 1986. Т.II. – С.6768.

34. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М., Неселевская О.В. Радиационно-физические процессы в средах для регистрации информации и оценка уровня качества сред // Тезисы докл. I Всесоюз. школы по термодинамике и технологии полупроводниковых кристаллов и пленок, 4-14 октября 1986 г. Ивано-Франковск, 1986. Ч. II. – С.160.

35. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М. Моно- и бимолекулярные процессы фотоокисления антрацена в полиэтилене // XI Всесоюзное совещание по кинетике и механизму химических реакций в твердом теле. Минск, 1992. С. 197199.

36. Лопаткин Ю.М. Диффузия антрацена при его фотодимеризации в неоднородной полимерной матрице // Междунар. конф. по фотохимии Содружества независимых государств (6-8 окт. 1992 г.). – Киев, 1992.

37. Лопаткин Ю.М. Кинетика диссоциации фотооксида антрацена в полиэтилене // Междунар. конф. по фотохимии Содружества независимых государств (6-8 окт. 1992 г.). – Киев, 1992.

38. Джос І.Ю., Лопаткін Ю.М. Пострадіацiйнi перетворення в тонких органічних шарах // Матеріали IV Міжнародної конф. з фізики і технології тонких плівок (3-7 травня 1993 р.). – Івано-Франківськ, 1993. Ч. І. С. 156.

39. Шовкопляс О.А., Лопаткин Ю.М. Компьютерный анализ спектров поглощения органических слоев // Комп'ютерні програми навчального призначення з хімії. І Укр. наук.-методична конф. (19-21 квітня 1995 р.). – Донецьк: ДонДУ, 1995. С. 64.

40. Шовкопляс О.А., Лопаткин Ю.М. Математический анализ оптических спектров // Науч.-техн. конф. "Техника и физика электронных систем и устройств" (18-20 мая 1995 г.) Сумы. Ч. ІІІ. – С. 264.

41. Лопаткин Ю.М., Кондратенко П.А. Определение характеристик локальных состояний в органических слоях // Науч.-техн. конф. "Техника и физика электронных систем и устройств" (18-20 мая 1995 г.). Сумы. Ч. ІІІ. – С. 273.

42. Кондратенко П.А., Лопаткин Ю.М. Кинетика фотоокисления антрацена в поликристаллических слоях // Тези допов. на XIII Нац. школі-семінарі за міжнар. участю "Спектроскопія молекул та кристалів" (20-26 квітня 1997р.). Суми, 1997. С. 100.

43. Исследование радиационных процессов в рентгеночувствительных органических слоях / О.А.Шовкопляс, Ю.М.Лопаткин, П.А.Кондратенко, Т.Н.Кривченко, Р.Б.Калюжный // XIII Нац. школа-семінар за міжнар. участю "Спектроскопія молекул та кристалів" (20-26 квітня 1997р.). – Суми, 1997. С.191.

44. Лопаткин Ю.М., Шовкопляс О.А., Бабак Ю.Н. Эффект тяжёлого атома при тушении флуоресценции антрацена // Научно-техническая конф. преподавателей, сотрудников и студентов мех.-мат. факультета (19-23 апреля). Программа и тезисы докладов. – Сумы,1999. С.105-106.

45. Лопаткін Ю.М., Шовкопляс О.А., Бабак Ю.М. Дослідження фізичних процесів у рентгеночутливих органічних шарах // Актуальні проблеми фізики, інформатики: Збірник наукових праць. Суми: СДПУ, 1999. С.24-27.

46. Лопаткін Ю.М., Шовкопляс О.А., Кондратенко П.О. Радіаційні ефекти в молекулярних системах // Тези доповідей науково-технічної конференції викладачів, співробітників та студентів механіко-математичного факультету. – Суми, 2000. – С. 46.

47. Лопаткин Ю.М., Шовкопляс О.А. Пострадиационные эффекты в молекулярных системах после длительного облучения // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов механико-математического факультета (16-22 апреля) – Сумы: СумГУ, 2001. – С.131132.

48. Kondratenko P.O., Lopatkin Yu.M., Shovkoplias O.A. Physical and radiochemical properties of a molecule HgCl2 // 4-th International Conference "Electronic Processes in Organic Materials" (ICEPOM-4), June 3-8, 2002, Lviv, Ukraine.– P.156157.

49. Лопаткин Ю.М., Шовкопляс О.А. Применение некорректных методов для анализа оптических спектров // Науково-технічна конференція викладачів, співробітників і студентів механіко-математичного факультету (15-30 квітня). – Суми: СумДУ, 2003. – С.122124.

50. Kondratenko P.O., Lopatkin Yu.M., Shovkoplyas O.A. Spatial and energy structure of molecular chains with mercury atoms // Intern. Conf. Polymers in XXI century. Kyiv, Ukraine, 27-30 October 2003. P.41.

51. Лопаткін Ю.М., Шовкопляс О.А. Про можливість поширення механізму сенсибілізації до рентгенівського випромінювання на інші сполуки // Науково-технічна конференція викладачів, співробітників і студентів механіко-математичного факультету (14-29 квітня) . – Суми: СумДУ, 2004. - С.142143.

52. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M. Processes of image making in the luminescent materials on the basis of anthracene // ICEPOM-5, Kyiv, Ukraine, May, 24-29, 2004. P.44-45.

53. Kondratenko P.O., Lopatkin Yu.M., Shovkoplyas O.A. Radiation processes in organic materials // ICEPOM-5, Kyiv, Ukraine, May, 24-29, 2004. P.198199.

54. Кондратенко П.О., Лопаткін Ю.М. Вплив взаємодії катіона діазонію з розчинником на його спектроскопічні властивості // Тези доповідей ІХ Всеукр. конф. "Фундам. та проф. підгот. фахівців з фізики"(8-9.06.2004). – Київ, 2004. C.80.

55. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M. Energy structure of the diazonium cation and effects of its interaction with the solvent // International conference "Modern Problems of Condensed Matter Optics" devoted to Centenary of birthday of Honoured famous Scientist, academician NASU A.F.Pryhot'ko. - April 26-28, Kyiv, Ukraine. - K.: Naukoviy svit, 2006. - MPCMO conference abstracts. - P. 3334.

56. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M., Sakun T.N. Two-quantum processes in the solid solutions of dyes // International conference "Modern Problems of Condensed Matter Optics" devoted to Centenary of birthday of Honoured famous Scientist, academician NASU A.F.Pryhot'ko. - April 26-28, Kyiv, Ukraine. - K.: Naukoviy svit, 2006. - MPCMO conference abstracts. - P.3435.

57. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M., Sakun T.N. Spectroscopic properties and processes of photodissociation of dyes // 6th Int.Conference "Electronic Processes in Organic Materials" (ICEPOM-6). Gurzuf (Crimea, Ukraine), Sept.25-29, 2006. ICEPOM-6 Conference Abstracts, Naukoviy Svit, 2006. - P.32-33.

58. Кондратенко П.А., Лопаткин Р.Ю., Лопаткин Ю.М. Образование наночастиц в тонких рентгеночувствительных плёнках // Харьковская нанотехнологическая ассамблея: Сборник докладов 18-го Международного симпозиума (ISTFONE-18) "Тонкие плёнки в оптике и наноэлектронике ". Харьков, 2006. – Т.2. – С. 163167.

59. Решетов О.Ю., Шовкопляс О.А., Лопаткін Ю.М. Моделювання апаратурного спектра в DELPHI-середовищі // II Міжвузівська науково-технічна конференція викладачів, співробітників і студентів "Інформатика, математика, механіка" (програма і тези доповідей).- Суми, 2007.- С.219-221.

60. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M., Sakun T.N. Physics of the high-excited states in the functional materials on the basis of dyes // International conference Functional materials ( ICFM 2007), October 1-6, 2007, Crimea, Ukraine. – P. 35.

61. Kondratenko P.A., Lopatkin Yu.M., Sakun T.N. Processes of sensitization of materials on the basis of compounds with the bond such as Xe-O // International conference Functional materials ( ICFM 2007), October 1-6, 2007, Crimea, Ukraine. – P. 378.