Козлов Андрей Аркадьевич, к.т.н., доцент кафедры физической химии им. Я.К. Сыркина
119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Scopus Author ID 57197377562
Andrei A. Kozlov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry
86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571
Аксенов Антон Сергеевич, аспирант, кафедра физической химии им. Я.К. Сыркина
119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Scopus Author ID 57488662700
Anton S. Aksenov, Postgraduate Student, Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry
86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571
Дворецкий Василий Анатольевич, магистр, кафедра физической химии им. Я.К. Сыркина
119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Vasilii A. Dvoretsky, Master Student, Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry
86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571
Флид Виталий Рафаилович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой физической химии им. Я.К. Сыркина
119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Scopus Author ID 6602997346, ResearcherID H-1781-2017
Vitaly R. Flid, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of the Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry
86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571
Objectives. The paper analyzes the results of research into the formation of photonic crystal structures from polymer microspheres and the mechanisms of spectral shifts during selective reflection of non-monochromatic incident radiation from them in the visible and infrared light, as well as the use of polymer microspheres as sensors for detecting chemical substances having similar structures.
Results. Research carried out at the Ya.K. Syrkin Department of Physical Chemistry in the Institute of Fine Chemical Technologies of the RTU MIREA is presented. Issues related to the detection of substances with similar chemical structure using sensors based on photonic crystals made of polystyrene microspheres 160–300 nm in size, are considered. Spectral shifts of the reflected radiation from the crystal surface are registered in the visible spectrum when substances in the liquid or gas phase are detected by the crystal surface.
Conclusions. The method of electrophoretic deposition of colloidal particles in the form of polymeric microspheres on conducting surfaces can be used to create ordered structures over large areas. However, the detection of individual compounds by the optical method is impossible without controlling the kinetics of spectral shifts of reflected radiation from the surface of photonic colloidal crystals. The spectral characteristics of such radiation are directly related to the particle sizes that determine the period of the crystal lattice. The diffusion of chemical substances into a photonic crystal, which results in a swelling of the particles forming it and a shift in the spectrum of reflected radiation, is determined by a change in the period of the crystal lattice due to a change in the size of these particles A kinetic model of swelling polymer microspheres, which describes the diffusion of substances into porous polymer particles, is proposed. An excess amount of substance deposited on the surface of a photonic crystal above the limit is shown to lead to its degradation, which is manifested in the “fading” of the crystal surface and the concomitant disappearance of narrow peaks of reflected radiation.
Цели. Проанализировать результаты исследований формирования фотонно-кристаллических структур из полимерных микросфер, механизмов спектральных сдвигов при селективном отражении от них немонохроматического падающего излучения в видимой и инфракрасной области, а также применения этих структур в качестве сенсоров для детектирования близких по строению химических веществ.
Результаты. Представлены разработки авторского коллектива, проводимые на кафедре физической химии им. Я.К. Сыркина Института тонких химических технологий РТУ МИРЭА. Рассмотрены вопросы, связанные с детектированием близких по химическому строению веществ с помощью сенсоров на основе фотонных кристаллов, изготовленных из коллоидных частиц, представляющих собой полимерные микросферы размерами 160–300 нм. Показано, что детектирование происходит в видимой области спектра за счет регистрации спектрального сдвига отраженного излучения от поверхности кристалла при нанесении веществ из жидкой или газовой фазы.
Выводы. Установлено, что метод электрофоретического осаждения коллоидных частиц в виде полимерных микросфер на проводящих поверхностях позволяет создать упорядоченные структуры на больших площадях. Детектирование индивидуальных соединений оптическим способом невозможно без контроля кинетики спектральных сдвигов отраженного излучения от поверхности фотонных коллоидных кристаллов. Спектральные характеристики такого излучения напрямую связаны с размерами частиц, определяющих период кристаллической решетки. Диффузия химических веществ в фотонный кристалл приводит к набуханию образующих его частиц и смещению спектра отраженного излучения, которое определяется изменением периода кристаллической решетки за счет изменения размеров этих частиц. Предложена модель для описания кинетики процессов набухания полимерных микросфер, описывающая диффузию веществ в пористые полимерные частицы. Показано, что увеличение количества вещества, наносимого на поверхность фотонного кристалла выше предельного, приводит к деградации кристалла, что выражается в «выцветании» его поверхности и проявляется в исчезновении узких пиков отраженного излучения.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.