ЖЕЛАТИН КАК ОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОВОДНИК

Карданова З.И.¹, Белимготов Б.А.²

^1,2Соискатели, Кабардино-Балкарский государственный университет

ЖЕЛАТИН КАК ОРГАНИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОВОДНИК

Аннотация

В работе показано, что фотографический желатин служит не только матрицей, в которой находятся микрокристаллы галогенидов серебра; они являются активным передатчиком электронов от желатины к микрокристаллам галогенидов серебра.

Ключевые слова: фотографический желатин, галогениды серебра.

Kardanova Z.I.¹, Belimgotov B.A.²

^1,2Graduate students, Kabardin-Balkar state university

GELATIN AS ORGANIC SEMICONDUCTOR

Abstract

In work it is shown that photographic gelatin serves not only as a matrix, in which there are microcrystals of halogenides of silver; they are the active transmitter of electrons from gelatin to microcrystals of halogenides of silver.

Keywords: photographic gelatin, halogenides of silver.

Для выяснения наличия передачи электронов от желатины к AgHal на свету во время экспонирования проведены исследования люминесцентных характеристик желатины [1-7, 16-19], AgHal (порошков) и фотоэмульсионных слоев с различным соотношением AgHal и желатины, возбуждая люминесценцию как излучением 365 нм, так и b - излучением от источника Sr⁹⁰+ Y⁹⁰. Были измерены спектры возбуждения и свечения желатины и AgHal.

Для ответа на указанные вопросы проведены также измерения термовысвечивания желатины, порошков AgHal и эмульсионных слоев, возбуждаемых при 77 К ионизирующим излучением. Затем образцы медленно нагревали до комнатных или более высоких температур.

Исследования показали, что и желатина и порошки AgHal запасают энергии при 77 К, во время нагревания обнаруживают несколько максимумов термовысвечивания, позволяющих оценить глубину соответствующих ловушек для электронов, участвующих в запасании энергии. Наиболее интенсивны два максимума при 160 - 180 и 250 – 270 К. Как показали расчеты, указанным максимумам, соответствуют энергии термической активации 0,024 и 0,041 эВ; если принять как обычно оптическую энергию активации в 3 раза больше термической, то глубина мелких уровней в желатине должна составлять ~0,07 и ~0,12 эВ.

Запасанием светосуммы обладает и фотографическая эмульсия, которая  зависит от концентрации желатины и имеет максимум при С = 60% что свидетельствует о взаимодействии желатины с МК при экспонировании. Наличие максимума можно объяснить, если предположить, что из желатины в AgHal происходит передача именно электрона, характеризуемая некоторым предельным расстоянием между местом возбуждения в желатине и местом инжекции электрона в AgHal.

Максимум светосуммы, соответствующий концентрации 60% желатины, достигается, как показывают расчеты, при зазоре ~30.0 нм. С другой стороны, эта величина приблизительно равна удвоенному диаметру макромолекулы желатины. Таким образом, оптимальная ситуация для передачи электронов из желатины в AgHal создается именно тогда, когда на поверхности AgHal образуется мономолекулярное покрытие адсорбированной желатины.

Как одно из очевидных положений в теории фотографического процесса  всегда принималось, что при экспонировании эмульсионного слоя только поглощенная в AgHal энергия используется для регистрации экспонирующего излучения; энергия же, поглощенная в желатине, считалось фотографически бесполезной. Полученные в работах [8-15] данные заставляют пересмотреть это положение и считать, что при известных условиях фотографически полезной может быть и энергия, поглощенная желатиной.

Все полученные данные при исследовании желатин: аномальная фосфоресценция, способность запасания светосуммы и т.д. являются уникальными и ни один из заменителей желатины, в том числе и поливиниловый спирт, указанными свойствами не обладают.

Изучены механизм взаимодействия желатины с тиосульфатом и сульфитом. Исследования проводились на инертной желатине фирмы "Русело", Франция, с содержанием SO₂-0,001% и отсутствием тиосульфата в аналитически определимых количествах. На 100 мл 10 % - ного водного раствора этой желатины в различные образцы вводились Na₂S₂O₃ или Na₂SO₃ в количествах от 0,1 до 3,0 мл соответствующих 5 % - ных водных растворов; приготовление последних велись по методике, описанной в руководстве Кольтгофа и др. и имеющей целью предотвратить попадание в них O₂ и CO₂.

Исследования показали, что влияние сульфита на активность желатины, иногда положительное, но иногда отрицательное, не может, по-видимому, иметь механизм того же типа, что и влияние тиосульфата.

Если тиосульфату, например, можно приписать создание в желатине донорных уровней, облегчающих передачу электронов в AgHal, то сульфиту его приписать нельзя. Возможно, действие сульфита не может быть сведено к какому - либо одному механизму, особенно если учесть усложнение картины в случае одновременного присутствия обеих исследуемых веществ, когда имеет  место их взаимодействие, зависящее от их соотношения в желатине.  Хотя полученными данными характер этого взаимодействия не устанавливается, можно определенно отвергнуть предположение об окислении иона S^2-тиосульфата ионом S⁴⁺ сульфита (до S⁰ и S⁶⁺ соответственно). Так как при этом влияние тиосульфата должно было бы убывать с уменьшением его содержания и увеличением содержания сульфита, что противоречит результатам эксперимента.

В связи с тем, что аномальная фосфоресценция для органолюминофоров вообще не была известна до этих работ, а рассмотрение желатины как фотопроводника и описание ее поведения в терминах зонной модели не являются общепринятыми, ощущалась необходимость в подтверждении использованного подхода. Таким подтверждением могло бы служить, например, обнаружение аномальной фосфоресценции у других полимерных органических соединений, особенно таких, которые заведомо были фотопроводниками.

Литература

1. Картужанский А.Л, Азизов И.К. Спектральные и кинетические различия люминесценции фотографических желатин разных типов // Журнал прикладной спектроскопии. – 1973. – Т. 19. – № 5. – С. 872-876.
2. Kartuzhanskii A.L., Azizov I.K. Spectral and Kinetic Differences in the Luminescence of Photographic Gelatins of Different Types // Journal of Applied Spectroscopy. - 1973. - Vol. 19. - № 5. – P. 1466 – 1470.
3. Абазехов М.М., Азизов И.К., Картужанский А.Л. Фосфоресценция фотографических желатин, содержащих тиосульфат или сульфит // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1975. – № 2. – С. 145-147.
4. Азизов И.К. и др. Участие электронных уровней эмульсионного связующего в фотографическом процессе // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1975. – Т. 20. – № 3. – С. 161-171.
5. Азизов И.К., Картужанский А.Л. Аномальная фосфоресценция поли-N-винилкарбазола // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1977. – Т. 22. – № 4. – С. 289-290.
6. Азизов И.К. и др. Люминесцентное и ИК - спектральное проявление связей желатины с галогенидом серебра // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1980. – № 1. – С. 11-14.
7. Абазехов М.М., Азизов И.К., Картужанский А.Л., Лиев А.Х. О собственных полосах фотолюминесценции микрокристаллов AgBr фотографических эмульсий // Оптика и спектроскопия. – 1982. – Т. 52. – № 2. – С. 286-288.
8. Liev A. Kh., Kartuzhanskii A.L., Azizov I.K. Structure of the IR Emission Band of Silver Sulfide Centers in AgBr Microcrystals // Optics and Spectroscopy. -1984. –Vol. 57. - № 5. – С. 572 – 573.
9. Лиев А.Х., Картужанский А.Л., Азизов И.К. О структуре ИК-полосы свечения сульфидосеребряных центров на микрокристаллах AgBr // Оптика и спектроскопия. – 1984. – Т. 57. – № 5. – С. 938-939.
10. Лиев А.Х., Картужанский А.Л., Азизов И.К. Фотолюминесценция и фотолиз в смешанных системах нитрита или бромида серебра с его сульфидом // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1987. – Т. 32. – № 1. – С. 3-7.
11. Azizov I.K., Liev A.Kh., Khokonov Kh.B. Optical Phenomena in Planar AgBr Microcrystals // Crystallography Reports. - 2003. –Vol. 48. - № 2. –P. 311-314.
12. Azizov I.K. et al. Mechanical Deformation of Flat silver Bromide Microcrystals under Illumination // Crystallography Reports. - 2012. –Vol. 57. - № 7. – P. 920 – 922.
13. Азизов И.К., Лизарова А.В., Юрченко А.Ф. Некоторые результаты применения люминесцентного метода к исследованию эмульсионных слоев цветных фотобумаг // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. — 1973. – Т. 18. - №1. – С. 130-132. 14. Азизов И.К., Зайденберг Я.З., Картужанский А.Л., Яхонтская Л.П. К вопросу о механизме влияния родия на галогенидосеребряные эмульсии // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. -1973. – Т. 18. - № 3. –С. 203-205.
14. Азизов И.К., Белоус В.М., Картужанский А.Л. Люминесцентное исследование мелких уровней захвата электронов, участвующих в образовании скрытого фотографического изображения // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. – 1973. - № 2. – С. 125-127.
15. Лиев А.Х., Ципинова А.Х., Пачев О.М., Азизов И.К. Люминесцентные исследования механизма спектральной сенсибилизации галогенидов серебра красителями // Вестник Кабардино-Балкарского государственного университета. -1996. - № 1. – С. 201-207.
16. Азизов И.К., Лиев А.Х., Хоконов Х.Б. Оптические явления в плоских МК галогенидов серебра // Кристаллография. – 2002. - № 6. – С. 346-349. 18. Азизов И.К., Белимготов Б.А. Люменесценция галогенидов серебра при комнатной температуре // Вестник Дагестанского научного центра РАН. - 2001. - № 12. - С. 42-46.
17. Азизов И.К., Ципинова А.Х. Механизм фотолиза в микрокристаллах галогенида серебра // Вестник Дагестанского научного центра РАН. - 2002. - № 1. - С. 37-39.