Енгил фуллеренлар (С60, С70) эритмаларида молекулаларнинг кластерланиши ва унинг эритмаларнинг оптик ҳамда ночизиқ-оптик хоссаларига таъсири

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ

МАХМАНОВ УРОЛ КУДРАТОВИЧ

ЕНГИЛ ФУЛЛЕРЕНЛАР (С

60

, С

70

) ЭРИТМАЛАРИДА

МОЛЕКУЛАЛАРНИНГ КЛАСТЕРЛАНИШИ ВА УНИНГ

ЭРИТМАЛАРНИНГ ОПТИК ҲАМДА НОЧИЗИҚ-ОПТИК

ХОССАЛАРИГА ТАЪСИРИ

01.04.05 – Оптика

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

Тошкент – 2017

2

УДК 546.26.043:535

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD)

диссертацияси автореферати мундарижаси

Оглавление автореферата диссертации

доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам

Contents of the abstract of dissertation of the doctor of philosophy (PhD) on

physical-mathematical sciences

Махманов Урол Кудратович

Енгил фуллеренлар (С

60

, С

70

) эритмаларида молекулаларнинг

кластерланиши ва унинг эритмалар оптик ҳамда
ночизиқ-оптик хоссаларига таъсири ……………………………...…………..3

Махманов Урол Кудратович

Кластеризация молекул легких фуллеренов (С

60

, С

70

)

в растворах и ее влияние на оптические и
нелинейно-оптические свойства растворов ……………………………..…..20

Makhmanov Urol Kudratovich

Clusterization of molecules of light fullerenes (C

60

, C

70

)

in solutions and its influence on optical and nonlinear
optical properties of solutions ………………………………………………….38

Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works………………………………………..…….…………41

3

ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР

ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ

УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ

DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ

ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ

МАХМАНОВ УРОЛ КУДРАТОВИЧ

ЕНГИЛ ФУЛЛЕРЕНЛАР (С

60

, С

70

) ЭРИТМАЛАРИДА

МОЛЕКУЛАЛАРНИНГ КЛАСТЕРЛАНИШИ ВА УНИНГ

ЭРИТМАЛАРНИНГ ОПТИК ҲАМДА НОЧИЗИҚ-ОПТИК

ХОССАЛАРИГА ТАЪСИРИ

01.04.05 – Оптика

ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)

ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ

Тошкент – 2017

4

Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси мавзуси

Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида
B2017.1.PhD/FM25 рақам билан рўйхатга олинган.

Диссертация Ўзбекистон Республикаси Фанлар Академияси Ион-плазма ва лазер

технологиялари институтида бажарилган.

Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз(резюме)) Илмий кенгаш веб-

саҳифасида (www.fti-kengash.uz) ва «Ziyonet» Ахборот таълим порталда (www.ziyonet.uz)
жойлаштирилган.

Илмий раҳбар:

Коххаров Абдулмуталлиб Мамаджанович

физика-математика фанлари доктори

Расмий оппонентлар:

Мукимов Камил Мукимович

физика-математика фанлари доктори, академик

Семенов Денис Иванович

физика-математика фанлари доктори

Етакчи ташкилот:

Тошкент давлат техника университети

Диссертация ҳимояси Физика-техника институти, Ион плазма ва лазер технологиялари

институти, Самарқанд давлат университети ҳузуридаги DSc.27.06.2017. FM./T.34.01 рақамли
Илмий кенгашнинг 2017 йил «____» ____________ соат ____ даги мажлисида бўлиб ўтади
(Манзил: 100084, Тошкент, Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (+9871) 235-42-91, email:
lutp@uzsci.net

,

Физика-техника институти мажлислар зали).

Диссертация билан Физика-техника институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш

мумкин. ( _____ рақам билан рўйхатга олинган.) Манзил: 100084, Тошкент, Бодомзор йўли кўчаси,
2б-уй. Физика техника институти. Тел.:(+9871) 235-30-41.

Диссертация автореферати 2017 йил «____» ______________ да тарқатилди.

(2017 йил «____» ______________ даги ____ рақамли реестр баѐнномаси).

С.Л. Лутпуллаев

Илмий даражалар берувчи илмий

кенгаш раиси, ф.-м.ф.д., профессор

А.В. Каримов

Илмий даражалар берувчи илмий

кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д., профессор

C.А. Бахрамов

Илмий даражалар берувчи илмий

кенгаш қошидаги илмий семинар раиси,

ф.-м.ф.д., профессор

5

Кириш (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)

Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.

Жаҳонда,

ҳозирги кунда наноўлчамли системалар физикаси соҳасининг жадал ривожла-
нишида углероднинг янги аллотроп шакллари, жумладан С

60

ва С

70

фуллерен-

лари муҳим ўрин эгаллайди. Изоляцияланган С

60

ва С

70

фуллеренлари молеку-

лаларининг турли органик эритувчиларда ўзини тутиши уларнинг эритма-
ларда ўз-ўзидан ташкил бўлиш ҳамда турли шакл ва ўлчамдаги наноагрегат-
лар ҳосил қилишга мойиллигини кўрсатади. Фуллерен наноагрегатлари ноѐб
физик хоссалар намоѐн этади ва бу уларни яқин келажакда фан ва техника-
нинг муҳим соҳаларида қўлланилишида истиқболи мавжудлигини кўрсатади.
Шу жиҳатдан бу йўналишда содир бўладиган физик жараѐнларни тадқиқ
этиш замонавий физиканинг муҳим вазифалардан бири бўлиб қолмоқда.

Мустақиллик йилларида мамлакатимизда замонавий нанофизика йўна-

лишини ривожлантириш ҳамда бу йўналишда дунѐ миқѐсида фундаментал
муаммоларни ҳал этишга алоҳида эътибор қаратилмоқда. Бу борада атомли
кластерлар, нанотрубкалар, фуллеренлар, нанопленкалар, наногранулалар,
наноғоваклар, нанотолалар каби турли наноструктурали системаларнинг ноѐб
физик хоссаларини тадқиқ қилиш ва синтез қилиш соҳасида сезиларли нати-
жаларга эришилмоқда. Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш-
нинг Ҳаракатлар стратегиясига кўра, илмий-тадқиқот ва инновация фаолия-
тини рағбатлантириш, илмий ва инновация ютуқларини амалиѐтга жорий
этишнинг самарали механизмларини яратиш масалаларига алоҳида эътибор
қаратиш, шу жиҳатдан замонавий нанофизика соҳасида наноўлчамли зарра-
чалар молекулаларининг ўз-ўзидан ташкилланиш ва ўз-ўзидан йиғилиш жара-
ѐнларининг асосий физик қонуниятларини ўрнатиш муҳим аҳамиятга эга.

Ҳозирги кунда жахонда фуллеренлар молекулаларининг ўз-ўзидан таш-

килланиши ва эритмаларда фуллеренлар кластерларининг ҳосил бўлиш жара-
ѐнларини тадқиқ қилиш ҳамда кластерланишнинг фуллеренлар эритмалари
оптик, ночизиқ-оптик хоссаларига таъсирини ўрганиш ўз-ўзидан ташкилла-
нувчи системаларни бошқариш имконини беради. Бу жиҳатдан қўйидаги
йўналишлардаги мақсадли илмий изланишларни амалга ошириш муҳим вази-
фалардан бири ҳисобланади: эритмаларда фуллеренлар наноўлчамли агрегат-
ларининг вужудга келиши ва кейинчалик ўсиши ҳақидаги олдин ўрнатилма-
ган фундаментал илмий қонуниятларни аниқлаш; бир ва икки компонентли
органик эритувчиларда фуллеренлар молекулаларининг ўз-ўзидан ташкил
бўлиш ва ўз-ўзидан йиғилишининг аниқ физик механизмларини аниқлаш;
фуллеренлар эритмаларида мономолекуляр зич йиғилган ва ғовак фрактал
наноагрегатлари синтезининг бошқариладиган селектив методларини ишлаб
чиқиш; фуллеренларнинг кенг оралиқдаги концентрацияларида молекуляр
эритмаларининг электрон ютилиш спектрлари эволюциясини тадқиқ этиш;
фуллеренларнинг молекуляр эритмаларида синтезланган турли ўлчамдаги
наноагрегатлар билан лазер нурланишлари ўзаро таъсирининг хусусиятлари-
ни аниқлаш. Юқорида келтирилган йўналишлар бўйича олиб борилаѐтган
илмий тадқиқотлар ушбу диссертация мавзусининг долзарблигини изоҳлайди.

6

Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2010 йил 15 декабрдаги ПҚ-

1442-сон «2011-2015 йилларда Ўзбекистон Республикаси саноатини ривож-
лантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида» ги Қарори, 2017 йил 7 фев-
ралдаги ПФ-4997-сон «2017-2021 йилларда Ўзбекистон Республикасини
ривожлантиришнинг бешта устувор йўналиши бўйича Ҳаракатлар стратегия-
сини келгусида амалга ошириш чора тадбирлари тўғрисида» ги Фармони ва
2017 йил 17 февралдаги ПҚ-2789-сон «Фанлар академияси фаолияти, илмий
тадқиқот ишларини ташкил этиш, бошқариш ва молиялаштиришни янада
такомиллаштириш чора-тадбирлари тўғрисида» ги ҳамда мазкур фаолиятга
тегишли бошқа меъѐрий-ҳуқуқий ҳужжатларда белгиланган вазифаларни
амалга оширишга диссертация тадқиқоти муайян даражада хизмат қилади.

Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши-

нинг устувор йўналишларига мослиги.

Мазкур тадқиқот иши республика

фан ва технологиялари ривожланишининг II. «Физика, астрономия, энер-
гетика ва машинасозлик»нинг устувор йўналишига мувофиқ бажарилган.

Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.

W.J. Blau, H.J. Byrne, H.W.

Kroto ва бошқа америкалик олимлар томонидан эритмаларда фуллеренлар
молекулалари агрегацияланишининг эритмалар оптик хоссаларига таъсири
таҳлил қилинди. Н.О. Мчедлов-Петросян, В.Л. Аксенов ва бошқа МДҲ олим-
лари қатор ишларида С

60

ва С

70

фуллеренларининг турли органик эритувчи-

ларда синтезланган наноагрегатларининг ўлчамли хусусиятларини нейтрон-
ларнинг кичик бурчакли сочилиш методида тадқиқ этишган. Бироқ
адабиѐтлар таҳлилига мувофиқ эритмаларда С

60

ва С

70

фуллеренлари молеку-

лаларининг ўз ўзидан агрегацияланиш жараѐнларининг эритма оптик ва
ночизиқ оптик хоссаларига таъсири тўлиқ ўрганилмасдан қолмоқда.

Тадқиқотнинг

диссертация

бажарилган

илмий-тадқиқот

муассасасининг илмий

-

тадқиқот ишлари режалари билан боғлиқлиги.

Диссертация тадқиқоти Ион-плазма ва лазер технологиялари институти
илмий тадқиқот ишлари режасининг қўйидаги фундаментал лойиҳаси доира-
сида бажарилган: ФА-Ф2-Ф146 «Фуллеренлар эритмаларида кластерланиш,
ўз-ўзидан йиғилиш ва ўз-ўзидан ташкилланиш жараѐнлари» (2012-2016 йй.).

Тадқиқотнинг мақсади

С

60

ва С

70

фуллеренлар молекулаларининг бир

ва икки компонентли органик эритувчиларда ўз-ўзидан агрегатланиш
жараѐнларининг асосий физик қонуниятларини ҳамда уларнинг эритмалар
оптик ва ночизиқ-оптик хоссаларига таъсирини аниқлашдан иборат.

Тадқиқотнинг вазифалари:

С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг турли бир (толуол, бензол)

ва икки (толуол+этанол, бензол+этанол ва толуол+ацетонитрил) компонент-
ли органик эритувчилардаги ўз-ўзидан ташкилланиш ва ўз-ўзидан йиғилиш
жараѐнларини фуллеренларнинг эритмалардаги кенг оралиқдаги концентра-
цияларида тажрибада тадқиқ қилиш;

фуллеренларнинг мувозанатли ва мувозанатсиз эритмаларида синтез-

ланган (С

60

)

m

ва (С

70

)

m

наноагрегатларининг (бу ерда m –наноагрегатлардаги

мос ҳолда С

60

ва С

70

молекулалари сони) структуравий ва ўлчамли хусусият-

7

ларини юқори даражада ажрата олишга эга ѐритувчи электрон ва зондли
микроскопия методларида аниқлаш;

С

60

ва С

70

фуллеренлари эритмаларида ҳам мономолекуляр зич йиғил-

ган кристаллсимон, ҳам ғовак фрактал (С

60

)

m

ва (С

70

)

m

наноагрегатлари син-

тезининг бошқариладиган селектив методларини ишлаб чиқиш;

фуллеренлар мономолекуляр эритмаларининг электрон ютилиш оптик

спектрлари ўзгаришининг хусусиятлари ва умумий қонуниятларини кенг
оралиқдаги С

60

ва С

70

концентрацияларида ўрнатиш;

С

70

фуллеренининг бир ва икки компонентли органик эритувчилардаги

эритмаларида лазер импульси эллипсли қутбланишининг ўз-ўзидан ночизиқ-
ли бурилиш эффектини тадқиқ қилиш;

С

70

нинг толуолдаги ва толуол+ацетонитрил аралашмасидаги эритма-

ларида ночизиқли синдириш кўрсаткичи (

2

n

) ва ночизиқли кубик қабул

қилувчанлик (

)

,

,

;

(

)

(













3

) ларнинг аниқ қийматларини аниқлаш.

Тадқиқотнинг объекти

С

60

ва С

70

фуллеренларининг бир (толуол,

бензол) ва икки (толуол+ацетонитрил, толуол+этанол, бензол+этанол) компо-
нентли органик эритувчилардаги эритмаларидан иборат.

Тадқиқотнинг предмети

С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг

ўз-ўзидан йиғилиши ва ўз-ўзидан ташкилланишининг физик механизмлари
ва қонуниятлари, С

70

фуллерени эритмаларида лазер нурланиши эллипсли

қутбланишининг ночизиқли ўз-ўзидан бурилиш эффекти ҳисобланади.

Тадқиқотнинг усуллари.

Тадқиқотда ѐритувчи электрон микроскопия

усули, атом-кучли микроскопия усули, электрон спектроскопия усули (С

60

ва

С

70

фуллеренлари эритмаларининг электрон ютилиш спектрларини олиш),

ночизиқли спектроскопия усули (С

70

фуллерени эритмаларида лазер нурла-

ниши эллипсли қутбланишининг ночизиқли бурилиши) қўлланилган.

Тадқиқотнинг илмий янгилиги

қуйидагилардан иборат

:

С

60

ва С

70

фуллеренлар молекулаларининг органик эритувчиларда ўз-

ўзидан йиғилиш ва ўз-ўзидан ташкилланиш жараѐнларининг умумий физик
қонуниятлари аниқланган. Фуллеренларнинг кучли мувозанатсиз усулда
тайѐрланган (механик ротатор билан аралаштирилади) эритмаларида квази-
сферик шаклда ва фрактал ўлчами D≈2.16±0.03 бўлган катта, ғовак (C

60

)

m

ва

(C

70

)

m

наноагрегатлари синтезланиши кўрсатилган;

мувозанатли усулда (эритмага ташқи механик таъсир кўрсатмасдан)

тайѐрланган С

60

ва С

70

эритмаларида зич йиғилган мономолекуляр (C

60

)

m

ва

(C

70

)

m

наноагрегатлари ҳосил бўлиши тажрибада кўрсатилган;

фуллеренларнинг бир ва икки компонентли органик эритувчилардаги

эритмаларида синтезланган ғовак фрактал ва зич йиғилган кристаллсимон
наноагрегатларининг диаметрдаги геометрик ўлчамлари мос равишда



400

нм ва



50 нм бўлиши аниқланган;

эритмаларда С

60

ва С

70

молекулаларининг ўз-ўзидан агрегатланиши-

нинг физикавий модели яратилган. С

60

ва С

70

фуллеренларнинг эритма-

лардаги бошланғич концентрациялари қанчалик катта бўлса, фуллерен моле-

8

кулаларининг ўз-ўзидан йиғилиши итерациялари сони ва синтезланаѐтган
(C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатлари ўлчами шунча катта бўлиши аниқланган;

оптик спектроскопия усулида бевосита С

60

(ѐки С

70

) фуллереннинг ҳам

толуолли, ҳам бензолли эритмаларини тайѐрлаш жараѐнида (C

60

)

m

(ѐки

(C

70

)

m

) наноагрегатлари синтезланиши эритмалар электрон ютилиш спектр-

ларининг бирданига ўзгаришларига олиб келиши аниқланган. Фуллерен-
ларнинг толуол ва бензолдаги эритмаларининг электрон ютилиш спектрлари-
нинг айниқса қисқа тўлқинли қисмида (300



410 нм соҳаси) мономолекуляр

агрегатлар ҳосил бўлишига жуда сезгирлиги аниқланган;

С

70

фуллеренининг бир ва икки компонентли органик эритувчилардаги

(толуол, бензол, толуол+ацетонитрил, толуол+этанол) эритмаларида
импульсли лазер нурланиши (



532 нм) эллиптик қутбланишининг ўз-ўзидан

ночизиқли бурилиш эффекти лазер нурланишининг эллиптик қутбланишида
кузатилиб, чизиқли қутбланишида йўқолиши аниқланган;

С

70

фуллеренининг толуолдаги ва толуол+ацетонитрил аралашмасидаги

эритмаларида фуллереннинг турли концентрациялари ва лазер нурланиши
қутбланишининг турли эллиптиклик даражаларига мос ночизиқли синдириш
кўрсаткичи (

2

n

) ва ночизиқли кубик қабул қилувчанлик (

)

,

,

;

(

)

(













3

)

ларнинг аниқ қийматлари аниқланган.

Тадқиқотнинг амалий натижалари:

фуллеренлар эритмаларида турли шакл ва ўлчамдаги ҳам мономоле-

куляр зич йиғилган кристаллсимон, ҳам фрактал ғовак (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

нано-

агрегатлари олишнинг бошқариладиган селектив усуллари ишлаб чиқилган;

С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг эритмаларда агрегатланиш

даражасини билвосита назорат қилишнинг оптик ва ночизиқ-оптик усуллари
ишлаб чиқилган.

Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги

С

60

ва С

70

фуллеренлари

эритмаларидаги наноўлчамли агрегатларни тадқиқ қилишда замонавий
юқори аниқликдаги электрон микроскопик усулларнинг ва тажрибада фул-
лерен эритмаларидан ўтувчи лазер импульсининг қутбланиш хусусиятларини
тадқиқ этишда умум қабул қилинган усулларнинг қўлланилганлиги ҳамда
олинган тажриба натижаларининг қайта такрорланиши юқори даражада экан-
лиги билан асосланади.

Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.

Диссер-

тация тадқиқоти натижаларининг илмий аҳамияти С

60

ва С

70

фуллеренлар

молекулаларининг органик эритувчилардаги эритмаларида ўз-ўзидан йиғи-
лиш ва ўз-ўзидан ташкилланиш жараѐнларининг физик механизмларини
тушунтириши ҳамда эритмалар оптик ва ночизиқ-оптик хоссаларининг
ўзгариши билан фуллерен молекулаларининг ўз-ўзидан агрегатланиши ора-
сидаги боғлиқликларни тушунтириш имконини беради.

Диссертация тадқиқотининг амалий аҳамияти шундан иборатки, эрит-

маларда С

60

ва С

70

фуллеренлар молекулаларидан ташкил топган ҳам

мономолекуляр кристаллсимон, ҳам фрактал ғовак наноагрегатларини олиш-
нинг усуллари яқин келажакда замонавий нанотехнологияларда, материал-

9

шуносликда, қуѐш энергетикасида ва замонавий тиббиѐтда ишончли амалий
ишлатилиши мумкин бўлган янги микро ва наноўлчамли структуралар
олишда қўлланилиши имконини беради.

Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.

С

60

ва С

70

фуллерен-

ларининг турли эритувчилардаги эритмаларида фуллеренлар молекула-
ларнинг кластерланиши ва унинг эритмалар оптик ҳамда ночизиқ-оптик хос-
саларига таъсирини ўрганиш натижалари асосида:

С

70

фуллеренининг турли органик эритувчилардаги эритмаларида

юқори интенсивликдаги импульсли ѐруғлик нурланиши эллиптик қутб-
ланишининг ночизиқли ўз-ўзидан бурилиш эффекти бўйича олинган илмий
натижалар Ф-2-49 рақамли «Ўта қисқа лазер импульсларининг квадрат ва
кубик ночизиқли қабул қилувчанликлиги фазовий модуляцияланган
муҳитлардаги ўзаро квазисинхрон таъсирлари» мавзусидаги грант лойиҳа-
сида конденсирланган жисмлар учун ночизиқли параметрларнинг
назарий аниқ қийматларини аниқлаш ва қиѐсий таҳлил қилишда
фойдаланилган (Фан ва технологиялар агентлигининг 2017 йил 23 августи-
даги ФТА-02-11/527-сон маълумотномаси). Илмий натижалардан фойдала-
ниш конденсирланган муҳитлар оптик синдириш кўрсаткичига ночизиқли
қўшимчалар ҳиссасини ҳамда ночизиқли оптик қабул қилувчанликни
ўрнатиш имконини берган;

С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг эритмаларда ўз-ўзидан йи-

ғилиши ва агрегатланишини юқори аниқликдаги электрон микроскопия ва
оптик спектроскопия методлари асосида олинган натижалар Ф2-ФА-
Ф147+Ф139 рақамли “Фотосинтезнинг бирламчи жараѐнларида тўғри ва
концентрланган қуѐш нури энергиясини юқори самарали ўзлаштирили-
шининг физикавий механизмларини ўрганиш” мавзусидаги грант лойиҳасида
порфирин-фуллерен супрамолекуляр бирикмасининг спектрал характерис-
тикаларини аниқлаш ҳамда ушбу бирикманинг зарядлар тақсимоти энергетик
самарадорлигини баҳолашда фойдаланилган (Фан ва технологиялар агент-
лигининг 2017 йил 14 сентябрдаги ФТА-02-11/650-сон маълумотномаси).
Илмий натижалардан фойдаланиш супрамолекуляр системаларда ѐруғлик
индуцирланган электронлар оқимининг энергетик самарадорлигини баҳолаш
имконини берган.

Тадқиқот натижаларининг апробацияси.

Диссертация ишининг асо-

сий натижалари 12 та халқаро ва 6 та республика миқѐсидаги илмий-амалий
анжуманларда муҳокамадан ўтказилган.

Тадқиқот натижаларнинг эълон қилинганлиги.

Диссертация

мавзуси бўйича жами 24 та илмий иш чоп этилган, шулардан Ўзбекистон
Республикаси Олий аттестация комиссиясининг докторлик диссертациялари
асосий илмий натижаларини чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 6 та
мақола нашр этилган.

Диссертациянинг ҳажми ва тузилиши.

Диссертация кириш, 4 та боб,

хулоса ва фойдаланилган адабиѐтлар рўйхатидан иборат. Диссертациянинг
ҳажми 130 бетни ташкил этган.

10

ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ

Кириш

қисмида ўтказилган тадқиқотларнинг долзарблиги ва зару-

рияти асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объект ва пред-
метлари тавсифланган, республика фан ва технологиялари ривожланишининг
устувор йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги
ва амалий натижалари баѐн қилинган, натижаларнинг илмий ва амалий
аҳамияти очиб берилган, тадқиқот натижаларини амалиѐтга жорий қилиш,
нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар кел-
тирилган.

Диссертациянинг

«С

60

ва С

70

фуллеренларининг турли эритувчилар-

даги тадқиқотларининг замонавий ҳолати»

деб номланган биринчи

бобида енгил С

60

ва С

70

фуллеренларининг ҳам органик, ҳам ноорганик

эритувчилардаги назарий ва амалий тадқиқотларининг замонавий ҳолати
таҳлили келтирилган. Мавжуд назарий ва амалий маълумотларнинг таҳлили
асосида вазифаларнинг қўйилиши шакллантирилган.

Диссертациянинг

«Фуллерен молекулаларининг эритмаларда ўз-

ўзидан агрегатланиш жараѐнлари тадқиқотида қўлланилган тажриба
усуллари»

деб номланган иккинчи бобида С

60

ва С

70

фуллеренлари моле-

кулаларининг эритмалардаги агрегатланишини ўрганишда қўлланилган усул-
лар ѐритилган. Фуллеренлар эритмаларида синтезланган (С

60

)

m

ва (С

70

)

m

(бу

ерда m – мос ҳолда наноагрегатлардаги С

60

ва С

70

молекулалари сони) нано-

агрегатларнинг структуравий хоссаларини тадқиқ қилишда фойдаланилган
юқори ажрата олиш кучига эга ѐритувчи электрон микроскоп (ЁЭМ) ва
атомли ажрата олишга эга атом кучли микроскоп (АКМ) хусусиятлари эрит-
малар электрон ютилиш спектрларини қайд этишнинг қўлланилган усуллари
ѐритилган. С

70

фуллерени эритмаларини ночизиқли-оптик тадқиқотини амал-

га оширишда қўлланилган тажриба қурилмаси тавсифи берилган.

С

70

фуллерени эритмаларида ночизиқли-оптик қутбланишли эффектлар-

ни тадқиқ қилиш учун мўлжалланган тажриба қурилмаси ҳамда автоматлаш-
ган қайд этиш системасининг блок схемаси 1-расмда берилган. Нурланиш
манбаи сифатида импульс давомийлиги 12÷15 нс бўлган модуляция асллиги-
га эга бўлган YAG:Nd

3+

лазердан фойдаланилди. KDP кристаллида иккинчи

гармоникага айлантирилганидан сунг нурланиш импульси энергияси



50 мЖ

бўлади. Нурланишнинг иккинчи гармоникаси (



=532 нм) Глан призмадан

(ГП) ўтказилади ва чизиқли қутбланган нурланиш Поккельс ячейкасига (ЯП)
йўналтирилади. Бунда Поккельс ячейкасига берилаѐтган электр потенциал-
лар фарқи қийматини ўзгартириб бориш ҳисобига, ўтаѐтган нурланиш қутб-
ланишини – чизиқлидан то доиравийгача бўлган кенг диапазонда ўзгартириш
мумкин бўлади.

Фуллерен эритмалари билан ўзаро таъсир соҳасидаги лазер дастасининг

диаметри



3.5 мм ни ташкил этди. Тажриба давомида нурланиш энергиясини

ўзгартириш мақсадида стандарт нейтрал ѐруғлик фильтрлари (НФ) ишлатил-
ди. C

70

фуллерени эритмалари мавжуд кювета (К) нинг чиқишидаги эллиптик

11

қутбланган лазер нурланиши ориентациясининг ўзгаришини таҳлил қилиш
учун икки ўзаро кесишувчи қутбланиш анализаторлари (Франк-Риттер ФР
призмалари) ва калибрланган ФД-24 фотодиодлар (ФД) қўлланиладиган икки
каналли схемадан фойдаланилади.

KDP

– ночизиқли оптик кристалл (1064 нм → 532 нм); НФ – нейтрал ѐруғлик фильтр-

лари; ГП – Глан қутблагичи; ЯП – Поккельс ячейкаси; Д – диафрагма; К – фуллерен

эритмали кювета; БС – ѐруғлик бўлгич пластинка; ФР – Франка-Риттер призмаси; ФД –

фотодиод; ФЭУ - фотоэлектрон кўпайтирувчи; ПК – шахсий компьютер

1-расм. Тажриба қурилмаси блок схемаси

Фуллерен эритмаси бўлган кювета орқали ўтган лазер дастасининг бир

қисми ѐруғлик бўлгич пластинка (БС) ѐрдамида нурланишнинг энергетик ва
спектрал характеристикаларини назорат қилишга йўналтирилди. Бу
нурланишнинг биринчи ярми лазер системасининг энергетик характеристи-
касининг назорати ва ўлчаш каналидаги датчик сифатида ишлатиладиган
фотодиодга йўналтирилади (1-расм, қайд этиш системасининг 1-канали).
Нурланишнинг қолган ярми спектрнинг қадамли ўтказгич ѐйилмасига
созланган дифракцион МДР-204 монохромоторнинг (М) кириш тирқишига
йўналтирилди. Монохромоторнинг чиқиш тирқишига фотоэлектронларни
кўпайткич ўрнатилди ва нурланишнинг спектрал характеристикаларини
ўлчайдиган каналда сигналга ишлов берилади (1-расм, қайд этиш система-
сининг 2-канали). Бир пайтнинг ўзида нурланишнинг қутбланиш, энергетик
ва спектрал характеристикаларини қайд этиш учун реал вақт режимида
шахсий компьютер базасида тажриба маълумотларини йиғиш ва қайта
ишловчи қўзғалувчан автоматлаштирилган системадан фойдаланилди. Ком-
пьютер базасида автоматлаштирилган қайд этиш қурилмасининг қўллани-
лиши нафақат ўлчаш жараѐнларини тезлаштиришни, балки сигналларни
йиғиш ва ўртачалашнинг махсус дастурларини ишлатиш ҳисобига нурланиш-

12

нинг энергетик ва қутбланиш характеристикаларини ўлчашлардаги нисбий
хатоликларни 5÷7 % гача камайтириш имконини берди.

Диссертациянинг

«С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг эрит-

маларда ўз-ўзидан агрегатланиш жараѐнларини электрон ва атом-кучли
микроскопия усулларида тадқиқ қилиш»

деб номланган учинчи бобида

бир қатор органик эритувчиларда С

60

ва С

70

фуллеренлари молекулаларининг

ўз

-

ўзидан йиғилиш ва ўз

-

ўзидан ташкилланиш жараѐнларини тўғридан

-

тўғри

кузатиш усуллари



ЁЭМ ва АКМ усуллари ѐрдамида тажрибада тадқиқ

этиш натижаларини ѐритишга бағишланган.

С

60

ва С

70

фуллеренларининг бошланғич «мувозанатли» эритмаларини

тайѐрлаш учун дастлаб органик эритувчига (масалан, толуолга, бензолга)
миқдори ўлчанган кристаллсимон С

60

(ѐки С

70

) фуллерети қўшилади. Кейин-

чалик олинган аралашма пробиркаларда



14 сутка давомида хона ҳароратида

(



25ºС) қоронғу боксда сақланиб, бевосита ташқи механик таъсир кўрсат-

масдан секинлик билан эритилади.

Худди шундай концентрациядаги С

60

(ѐки С

70

) фуллеренининг мувоза-

натсиз эритмаси органик эритувчи (масалан, толуол, бензол) ва С

60

(ѐки С

70

)

фуллерети кукуни аралашмалари герметик ѐпилган шиша колбада



14 сутка

мабойнида оддий механик аралаштириш йўли билан хона ҳароратида ҳосил
қилинди. Эритмани даврий равишда аралаштириш «Multi RS-60» маркали
(«BioSan», Латвия) лаборатория ротатори ѐрдамида 12 айл/мин частотада
амалга оширилди.

(C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатларининг ўлчамларини аниқлаш ва морфоло-

гик хусусиятларини ўрнатиш учун ўта юқори фазовий ажрата олиш кучи



0.2

нм га эга бўлган LEO-912 AB маркали («ZEISS», Германия) ѐритувчи элек-
трон микроскопдан (ЁЭМ) фойдаланилди. Бунда ЁЭМ формвар пленкали мис
тўри (тўрнинг стандарт диаметри 3.05 mm, 300 та ячейкали, Ted Pella Inc.,
АҚШ) сиртидаги тадқиқ этилаѐтган фуллеренлар эритмалари намуналари
микрофотографиялари UTHSCSA Image Tool (UTHSCSA, АҚШ) махсус дас-
тури ѐрдамида рақамли форматда таҳлил қилинди.

Мувозанатсиз усулда тайѐрланган C

60

фуллеренининг толуолли эритма-

сида биринчи 12÷14 кун ичида хона ҳароратида сақланишида фуллерен
молекулаларининг ўз-ўзидан агрегатланиши ҳисобига диаметрдаги ўлчами

d

0



30÷45 нм бўлган нисбатан кичик, оралиқ “дискрет” C

60

агрегатларидан

ташкил топган етарлича катта

d



380



20 нм диаметрдаги ғовак фрактал ква-

зисферик шаклдаги (C

60

)

m

наноагрегатлар синтезланади (2а-расм).

Кучли мувозанатсиз усулда тайѐрланган худди шундай эритмадаги бир

хил шароит ва сақлаш муддатида С

70

молекулаларидан диаметрдаги ўлчами

d

0



35



45 нм бўлган нисбатан кичик “дискрет” стабил С

70

агрегатларидан

ташкил топган диаметри

d



280



350 нм бўлган етарлича катта квазисферик

шаклдаги ғовак (С

70

)

m

фрактал наноагрегатлар ҳосил бўлиши биз

томонимиздан аниқланди (2б-расм). Дастлабки толуолдаги молекуляр
эритмаларда С

60

ва С

70

фуллеренларнинг концентрациялари мос ҳолда



2.2 ва



1.0 г/л қилиб олинди.

13

(С

60

)

m

ва (С

70

)

m

фрактал агрегатлари ички структурасининг аниқ ўлчам-

лари юқори аниқликдаги ЁЭМ методи ѐрдамида ҳамда «UTHSCSA Image
Tool» дастурини қўллаб таҳлил қилиниши, катта (С

60

)

m

ва (С

70

)

m

нано-

агрегатлари ичида жойлашган “кичик ўлчамли” қўшни дискрет структуравий
бирликлар орасидаги қисқа масофа



L



1÷3 нм га тенглигини ўрнатиш

имконини берди.

3-расмда «мувозанатли» усулда тайѐрланган С

60

ва С

70

фуллеренлари-

нинг толуолдаги эритмаларида синтезланган (С

60

)

m

ва (С

70

)

m

наноагрегат-

ларининг ЁЭМ тасвири келтирилган. Кўриниб турибдики, концентрацияси



2.2 г/л бўлган дастлабки C

60

эритмасини тайѐрлашда “мувозанатли” усул

қўлланилганда, мувозанатсиз усулга қараганда фуллерен молекулаларининг
ўз-ўзидан ташкилланиш жараѐнлари бошқача физик механизмлар билан
кечиб, натижада диаметрдаги ўлчами



50 нм бўлган зич тахланган (С

60

)

m

агрегатлари синтезланди (3а-расм). 3б-расмда мувозанатли усулда тайѐр-
ланган дастлабки толуолли С

70

эритмасини хона ҳароратида 20



25 кун

a – ғовак (C

60

)

m

наноагрегатлари

б – ғовак (C

70

)

m

наноагрегатлари

2-расм. Фуллеренларнинг толуолдаги мувозанатсиз эритмаларида син-

тезланган катта (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатларининг электрон-микрос-

копик тасвирлари

a –мономолекуляр (С

60

)

m

агрегатлари;

б – мономолекуляр (С

70

)

m

агрегатлари

3-расм. C

60

ва C

70

фуллеренларининг мувозанатли усулда тайѐрланган

толуолдаги эритмаларида синтезланган зич тахланган (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатларининг ЁЭМ



тасвирлари

14

мабойнида сақлаганда синтезланган (С

70

)

m

агрегатларининг ЁЭМ тасвири

кўрсатилган. Бу ҳолда ҳам диаметрдаги ўлчами



30



60 нм бўлган зич тахлан-

ган (С

70

)

m

наноагрегатлари ҳосил бўлади.

4-расм. (С

60

)

m

наноагрегати ало-

ҳида ажратиб олинган чекка қис-

мининг юқори аниқликдаги

ЁЭМ микротасвири

Қайд этиш жоизки, мувозанатли
усулда тайѐрланган фуллерен эритма-
ларида синтезланган (С

60

)

m

нано-

агрегатининг алоҳида олинган чекка
қисмини юқори ажрата олиш кучига
эга ЁЭМ методи билан қўшимча мор-
фометрик тадқиқ этилганда (С

60

)

m

наноагрегатлари монодисперс, зич
тахланган кристаллсимон структура-
га эга бўлиб, мувозанатсиз эритма-
лардагидек С

60

агрегатларидан эмас,

балки фақат С

60

молекулаларидан

ташкил топиши аниқланди (4-расм).

5-расмда С

60

фуллеренининг мувозанатли усулда тайѐрланган бензолли

дастлабки эритмасида синтезланган (C

60

)

m

наноагрегатининг АКМ тасвири ва

тасвирнинг пастки қисмида жойлашган учта наноагрегатларнинг профило-
граммаси тасвирланган.

Ушбу расмдан кўриниб турибдики, ўта юқори ажрата олиш кучига эга

бўлган атом кучли микроскопия методи нафақат эритмада синтезланган
(C

60

)

m

наноагрегатларининг шакли ва аниқ ўлчамли хусусиятларини ўрна-

тиш, балки сиртининг структуравий хоссаларини аниқлаш имконини беради.
Бунинг учун АКМ нинг учли игнаси ҳар бир (C

60

)

m

наноагрегатнинг ҳамма

a – (C

60

)

m

наноагрегатлари сиртининг икки

ўлчамли проекцияси

б – учта (C

60

)

m

наноагрегатлари (5a-

расмнинг пастки қисмида жойлашган)

сиртининг профили

5-расм. C

60

фуллеренининг мувозанатли усулда тайѐрланган бензолдаги



1.44 г/л концентрациядаги молекуляр эритмасида синтезланган (C

60

)

m

наноагрегатларининг АКМ тасвири

15

сиртини ҳам бўйлама (

х

ўқи бўйича), ҳам кўндаланг (

y

ўқи бўйича) йўна-

лишда сканерлаш орқали микроскоп шишаси сиртида жойлашган (C

60

)

m

наноагрегатларининг аниқ профилини қуриш имконини беради (5б-расм).
Шундай қилиб, биз томонимиздан С

60

фуллеренининг концентрацияси



1.44

г/л бўлган дастлабки мувозанатли усулда тайѐрланган бензолли эритмасида
синтезланган (C

60

)

m

наноагрегатларининг АКМ тасвирини батафсил таҳлили

амалга оширилганида, эритмада С

60

молекулаларининг ўз-ўзидан агрегатла-

ниши натижасида диаметрдаги ўртача ўлчами d



20



25 нм бўлган зич тахлан-

ган мономолекуляр кристаллсимон наноагрегатлар синтезланади деб хулоса
чиқариш имконини берди.

Диссертациянинг

«Фуллеренлар молекулаларининг эритмаларда

ўз-ўзидан агрегатланишининг эритмалар оптик ва ночизиқ-оптик хосса-
ларига таъсирини тадқиқ этиш»

деб номланган тўртинчи бобида С

60

ва С

70

фуллеренларининг турли органик эритувчиларда тайѐрланган эритмалари
электрон ютилиш спектрларининг ўзгариш қонуниятлари ҳамда эритмаларда
лазер нурланиши эллипсли қутбланишининг ночизиқли ўз-ўзидан бурилиш
эффекти намоѐн бўлишининг хусусиятларига доир олинган тажриба натижа-
лари келтирилган.

6-расмда С

60

фуллеренининг кенг диапазондаги концентрацияларида

(0.08



0.96 г/л) мувозанатли усул билан тайѐрланган толуолли эритмасининг

электрон ютилиш спектрлари келтирилган. Эритма электрон спектрларида
ҳаммаси бўлиб олтита характерли ютилиш соҳалари кузатилиб, уларга мос
максимумлар ва энергетик ўтишлар қуйидагича:



1



335 нм (1

1

Ag–3

1

T

1u

рух-

сат этилган симметрик ўтиш),



2



351 нм (9

1

T

1g

–18

1

T

1u

триплет-триплет

ўтиш),



3



407 нм (1

1

Ag –1

1

T

1u

синглет-триплет ўтиш),



4



534 нм (S

1

→S

3

),



5



598 нм (S

0

–S

1

) ва



6



625 нм (h

u

→t

1u

+T

u

). С

60

фуллеренининг толуолдаги

эритмалари электрон ютилиш спектридаги бу чизиқлар бензолдаги эритма-
лари спектридаги максимумлари билан жуда яқин ва деярли мос тушади (7-
расм). Олинган натижаларга кўра, С

60

фуллеренининг толуолли ва бензолли

эритмасининг электрон спектрлари ўзгариш эволюцияси фуллереннинг кон-
центрациясига боғлиқ.



1



335 ва



2



351 нм тўлқин узунликлардаги макси-

мумли ўзаро рақобатлашувчи иккита электрон ютилиш соҳаси (6-расм, 1-
спектр) мос ҳолда «фуллерен-толуол («фуллерен-бензол»)» ва «фуллерен-
фуллерен» орасидаги молекулалараро π~π* дипол-диполли ўзаро таъсир
жараѐнлари билан асосланади. Бироқ



1



335 нм даги ютилиш соҳаси толуол-

даги С

60

нинг концентрацияси



0.08 г/л бўлганда пайдо бўлади ва фуллерен-

нинг 0.32÷0.96 г/л диапазондаги юқорироқ концентрацияларида йўқолади (6-
расм, 2–4 спектрларга қаранг). Эритмада С

60

концентрациясининг ошиши

билан электрон ютилиш спектридаги бу ўзгаришлар “С

60

–С

60

”

орасидаги ўза-

ро таъсирнинг “С

60

–эритувчи” орасидаги ўзаро таъсир жараѐнларидан устун

келиши билан боғлиқ бўлиши мумкин. Шу билан бирга



2



351 нм тўлқин

узунликдаги ютилиш максимуми кенгаяди ва спектрнинг узун тўлқинли қис-
мига томон



2 нм га силжийди, бу эса фикримизча фуллерен молекула-

ларининг толуолли эритмада ўз-ўзидан йиғилиши ва (С

60

)

m

молекуляр нано-

16

агрегатларининг ҳосил бўлиши билан боғлиқ. Кейинчалик эритмада С

60

концентрациясининг ошиши билан спектрнинг узун тўлқинли қисмидаги
(



4



534,



5



598 и



6



625 нм) электрон ютилиш соҳасида амплитудаси тез

ўсади.



6



625 нм максимумдаги кучсиз ютилиш соҳаси таъқиқланган моле-

куляр h

u

→t

1u

ўтишда содир бўладиган γ гуруҳга мос келади.

Шундай қилиб, С

60

эритмалари электрон ютилиш спектрининг қисқа

тўлқинли қисми (300



410 нм соҳаси) эритмада C

60

+C

60

+



+ C

60



(C

60

)

m

схе-

ма бўйича синтезланадиган мономолекуляр (C

60

)

m

наноагрегатлар ҳосил

бўлишига жуда сезгир ҳисобланади. Электрон ютилиш спектрининг HOMO –
LUMO электронли ўтишлар ҳисобига содир бўлувчи узун тўлқинли қисми
(410



700 нм соҳаси) эритмада (C

60

)

m

агрегатларнинг ҳосил бўлишига юқори

сезгирлигини сақлаган ҳолда эритмада C

60

молекулалари орасидаги заряд

алмашиниши йўли билан (C

60

)

m

наноагрегатлари ҳосил бўлишини олдиндан

айтиш имконини беради.

8-расмда иккита ароматик эритувчилардаги С

70

фуллерени эритмалари-

даги лазер нурланиши эллипсли қутбланиши солиштирма бурилиши

)

(

.

уд



нинг эллиптиклик даражаси

 



га боғлиқлиги тасвирланган.

1

эгри чизиқ С

70

фуллеренининг концентрацияси



0.5 г/л ли толуолдаги эритмасига ва

2

эгри

чизиқ эса



0.6 г/л ли бензолдаги эритмасига мос келади. Тажрибада лазер

нурланиши интенсивлиги

I



520 кВт/см

2

га тенг бўлди. 8-расмдан кўриниб

турибдики, иккала эритмада ҳам лазер нурланиши эллипсли қутбланишда
бўлганда лазер импульсининг эллипсли қутбланиш текислигининг ўз-ўзидан
бурилиш эффекти кузатилади, лазер нурланиши қутбланиши чизиқли бўлган-
да бурилиш эффекти кузатилмайди. Нурланишнинг эллиптиклик даражаси
ошиб бориши билан солиштирма бурилиш қийматининг ошишига олиб
келади ва

 





.

уд

боғлиқлик эгри чизиғи доиравий қутбланишга яқинлашиб

тўйинишга чиқади. С

70

фуллеренининг эритмадаги концентрацияси нурла-

С

60

нинг эритмалардаги бошланғич концен-

трациялари:

1

эгри чизиқ – 0.08;

2

– 0.32;

3

– 0.64;

4

– 0.96 г/л

С

60

нинг эритмалардаги бошланғич

концентрациялари:

1

эгри чизиқ – 0.18;

2

– 0.36;

3

– 0.72 и

4

– 1,44 г/л

6-расм.

С

60

фуллеренининг янги

тайѐрланган толуолли эритмалари

электрон ютилиш спектрлари

7-расм. С

60

фуллеренининг янги

тайѐрланган бензолли эритмалари

электрон ютилиш спектрлари

17

ниш интенсивлиги ва эллиптиклик даражаси бир хил бўлганда бензолда
толуолга қараганда қутбланишнинг солиштирма бурилиш қиймати каттароқ
бўлади. Бу эса С

70

молекуласининг турли эритувчилардаги спектрал ўзига

хослиги билан боғлиқ бўлиб, С

70

нинг бензолдаги ютилиш спектри макси-

муми ҳолатининг худди шундай толуол эритмаси билан солиштирилганда
унча катта бўлмаган (



30 нм) батохром силжиши ва С

70

нинг бензолдаги

мавжуд оптик ўтишларида Керр қабул қилувчанлик

)

,

,

;

(

)

3

(













нинг

резонансли ютилиши билан тушунтирилади.

9-расмда С

70

фуллеренининг толуол ва ацетонитрил аралашмали эрит-

масида C

70

фуллерен концентрацияси ошиб бориши, «толуол+ацетонитрил»

аралашмасида ацетонитрилнинг турли ҳажмий концентрацияларида, лазер
нурланиши қутбланиши эллиптиклик даражаси (

42

0

.





) ва интенсивлиги

(

I



520 кВт/см

2

) ўзгармас бўлгандаги эритмадан ўтувчи лазер нурланиши

эллипсли қутбланиш текислиги солиштирма бурилиши қийматларининг ўзга-
риши тасвирланган. 9-расм

1

÷

3

эгри чизиқлар эритувчилар аралашмаларида

ацетонитрил ҳажмий улушининг турлича (10÷30%) қийматларига мос кела-
ди. Кўриниб турибдики, аралашмадаги С

70

концентрациясининг босқичма-

босқич оширилиши лазер импульси эллипсли қутбланишининг солиштирма
бурилиш бурчаги қийматининг камайишига олиб келмоқда (9-расм,

1

÷

3

эгри

чизиқларга қаранг). Охирги фикр «C

70

+толуол+ацетонитрил» системанинг

эриган модда эритмаларида алоҳида молекула ҳолида бўлиши керак, деган
тасаввурларга асосланган «ҳақиқий» молекуляр эритма мезонларидан оғиши-
ни билвосита кўрсатади. Бундай оғиш иккита сабаб билан асосланади:
эриѐтган модда (С

70

) молекулалари билан эритувчилар (толуол+ацетонитрил)

молекулалари ўртасидаги ўзаро таъсир ѐки С

70

молекулалари ўртасида моле-

1

эгри чизиқ



толуолда;

2



бензолда

8-расм. С

70

фуллерени эритма-

ларида



=532 нм бўлган лазер

нурланиши эллипсли қутбланиши

солиштирма бурилиши

)

(

.

уд



нинг

эллиптиклик даражаси

 



га

боғлиқлиги

Ацетонитрилнинг ҳажмий концентрация-

си:

1



30%;

2



20%, и

3



10%

9-расм. Лазер нурланиши эллипс-

ли қутбланиши солиштирма бури-

лишининг эритмадаги C

70

концен-

трацияси ва «толуол+ацетонит-

рил» аралашмасидаги ацетонит-

рилнинг ҳажмий концентрация-

сига боғлиқлиги

18

кулалараро ўзаро таъсирлашиши натижасида фуллеренлар ҳосилаларининг
вужудга келиши эритмада Бугер-Ламберт-Бер қонунининг бузилишига олиб
келади. Агар ушбу «C

70

+толуол+ацетонитрил» системанинг хатти-ҳаракати

«ҳақиқий» эритма хатти-ҳаракатига мос келганида эди, унда лазер нурлани-
шининг берилган доимий интенсивлик ва эллиптиклик даражаси ҳамда C

70

фуллеренининг эритмадаги ўрнатилган концентрациясида эритувчилар ара-
лашмаларида ацетонитрил ҳажмий улушининг ошиши лазер импульси
эллипсли қутбланиши бурилиш бурчаги қиймати камайишига олиб келмаган
бўлар эди. Бизнинг фикримизча, фуллерен эритмасида лазер нурланиши
эллипсли қутбланиш ўз-ўзидан бурилиш эффектининг ноодатий кузатилиши,
биринчи навбатда, С

70

фуллерен молекулаларининг «толуол+ацетонитрил»

аралашмасида барқарор мономолекуляр (С

70

)

m

агрегатлари ҳосил қилишга

мойиллиги билан асосланади.

8- ва 9-расмларда берилган тажриба натижаларини аппроксимациялаш

йўли билан С

70

фуллеренининг толуол ва бензолдаги эритмаларида лазер

нурланишининг турли қутбланишлари ҳамда «толуол+ацетонитрил» аралаш-
маларида фуллереннинг турли концентрацияларида муҳитлар ночизиқли
параметрлари

2

n

ва

)

,

,

;

(

)

(













3

нинг аниқ қийматлари аниқланди. Олин-

ган натижалар 1- ва 2-жадвалларда келтирилган.

1-жадвал

С

70

фуллеренининг толуол ва бензолдаги эритмаларининг лазер нурла-

ниши қутбланишининг турли эллиптиклик (



) даражаларидаги ночизиқ

оптик параметрлари

2

n

ва

)

,

,

;

(

)

(













3

нинг ўзгариши



0.2

0.3

0.4

0.45

0.55

0.65

0.7

0.8

2

n

, (



10

-13

, см

2

/Вт)

)

(

бензол

толуол

88

.

4

52

.

2

8

.

6

1

.

4

4

.

9

96

.

4

1

.

10

5

.

5

4

.

10

9

.

5

5

.

10

31

.

6

7

.

10

54

.

6

8

.

10

6

.

6

)

,

,

;

(

)

(













3

,

(



,

11

10



СГСЭ),

)

(

бензол

толуол

7

.

2

41

.

1

8

.

3

29

.

2

3

.

5

78

.

2

7

.

5

1

.

3

8

.

5

3

.

3

89

.

5

53

.

3

99

.

5

66

.

3

04

.

6

69

.

3

2-жадвал

С

70

фуллеренининг «толуол+ацетонитрил» аралашмаларида

фуллереннинг турли концентрацияларидаги ночизиқ-оптик

параметрлари

С

70

концентрацияси, (г/л)

1.0

0.8

0.5

0.2

0.05

2

n

, (



10



20

, СГСЭ)

10%

ACE

2.1

5.2

5.36

2.48

0.65

20%

ACE

0.64

1.64

4.1

2.37

0.63

30%

ACE

0.05

0.62

2.62

2.05

0.59

)

,

,

;

(

)

(













3

,

(



10



11

, СГСЭ)

10%

ACE

1.2

2.97

3.06

1.42

0.37

20%

ACE

0.37

0.94

2.34

1.35

0.36

30%

ACE

0.03

0.35

1.49

1.17

0.34

19

ХУЛОСА

Олиб борилган тадқиқотлар асосида қўйидаги хулосалар қилинди:

1.

Ёритувчи электрон ва атом-кучли микроскопия методлари ѐрдамида C

60

ва C

70

фуллеренларининг органик эритувчиларда (толуолда, бензолда) кучли

мувозанатсиз усулда (механик ротатор билан аралаштириш) тайѐрланган
эритмаларида фуллеренлар молекулаларининг ўз-ўзидан агрегатланиши ҳи-
собига, асосан, диаметрдаги ўлчами



400 нм гача бўлган квазисферик шакл-

даги катта фрактал (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатлар ҳосил бўлиши ўрнатилди.

Мувозанатли усулда (ташқи таъсир кўрсатмасдан) тайѐрланган худди шундай
C

60

ва C

70

эритмаларида диаметрдаги ўлчами



50 нм бўлган зич тахланган

мономолекуляр (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатлари ҳосил бўлиши аниқланди.

2.

C

60

ва C

70

ларнинг дастлабки эритмалари тайѐрланиш усулларига боғлиқ

бўлмаган ҳолда синтезланган (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатларнинг охирги

ўлчами фуллеренларнинг бошланғич концентрацияси ва молекулаларининг
ўз-ўзидан йиғилиш вақтига тўғри пропорционал ҳолда ошиши ўрнатилди.

3.

C

60

ва C

70

молекулаларининг эритмаларда ўз-ўзидан ташкилланиш физи-

кавий модели яратилган ва зич тахланган ҳамда фрактал наноагрегатлар
ҳосил бўлиш шартлари таклиф этилди. Эритмалардан олинган фрактал (C

60

)

m

ва (C

70

)

m

наноагрегатлари ташқи механик ва ҳароратли таъсирга

барқарорлиги кўрсатилди.

4.

C

60

ва C

70

фуллеренларининг бир ва икки компонентли эритувчилардаги

(толуол, бензол, бензол+этанол) эритмаларини тайѐрлашдан сунг бирданига
эритилган модда молекулаларининг ўз-ўзидан ташкилланиш жараѐнлари
бошланиши ва бу жараѐн эритмалар электрон ютилиш спектрларининг
бирданига ўзгаришлари – кенгайиш, ўзаро қўшилиш ва спектрнинг узун
тўлқинли томонига аниқ силжишига олиб келиши ўрнатилди.
5.

С

70

фуллерени эритмаларида импульсли лазер нурланиши (



532 нм) эл-

липсли қутбланишининг ўз-ўзидан бурилиш эффекти тажрибада тадқиқ қи-
линди. Лазер нурланиши эллиптиклик даражасининг ошиши эллипсли қутб-
ланиш солиштирма бурилиш қийматининг ошишига олиб келиши аниқланди.
6.

Эритмаларда С

70

фуллерен агрегатларининг ҳосил бўлиши ва ўлчам-

ларининг ўсиши жараѐнлари билан муҳитдан ўтаѐтган лазер нурланиши
эллипсли қутбланиши ночизиқли бурилиш бурчаги қийматлари орасида
ўзаро боғлиқликлар топилди.
7.

С

70

фуллеренининг бир (толуол, бензол) ва икки (толуол+ацетонитрил)

компонентли эритувчилардаги эритмаларидаги С

70

нинг турли концентра-

циялари ва лазер нурланиши қутбланишининг турли эллиптиклик даража-
ларида ночизиқли синдириш кўрсаткичи (

2

n

) ва ночизиқли қабул қилув-

чанлик (

)

,

,

;

(

)

(













3

) ларнинг аниқ қийматлари аниқланди. Эритмаларда

синтезланган (C

70

)

m

наноагрегатлари ўлчамларининг ошиши муҳит ночизиқ-

ли параметрлари



2

n

ва

)

,

,

;

(

)

(













3

нинг солиштирма қийматларининг

камайишига олиб келади.

20

НАУЧНЫЙ СОВЕТ 27.06.2017. FM./T.34.01 ПО ПРИСУЖДЕНИЮ

УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ,

ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ,

САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

ИНСТИТУТ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

МАХМАНОВ УРОЛ КУДРАТОВИЧ

КЛАСТЕРИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ ЛЕГКИХ ФУЛЛЕРЕНОВ (С

60

, С

70

) В

РАСТВОРАХ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ОПТИЧЕСКИЕ И

НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

01.04.05 – Оптика

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PhD)

ПО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИМ НАУКАМ

Ташкент – 2017

21

Тема диссертации доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам

зарегистрирована в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров
Республики Узбекистан за № B2017. 1. PhD/FM25.

Диссертация выполнена в Институте ионно-плазменных и лазерных технологий Академии

Наук Республики Узбекистан.

Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский (резюме)) размещен

на веб странице Научного совета (www.fti-kengash.uz) и на Информационно-образовательном
портале «Ziyonet» (www.ziyonet.uz).

Научный руководитель:

Коххаров Абдулмуталлиб Мамаджанович,

доктор физико-математических наук

Официальные оппоненты

:

Мукимов Камил Мукимович,

доктор физико-математических наук, академик

Семенов Денис Иванович,

доктор физико-математических наук

Ведущая организация

:

Ташкентский государственный технический
университет

Защита диссертации состоится «____»______________ 2017 года в ____ часов на заседании

Научного совета DSc. 27.06.2017. FM/T.34.01 при Физико-техническом институте. Адрес: 100084,
г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, дом 2б. Админстративное здание Физико-технического института,
зал конференций. Тел. (+99871) 235–30–41, факс (+99871) 235–42–91, e-mail: lutp@uzsci.net.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Физико-

технического института (зарегистрирована за № _____), по адресу: 100084, г. Ташкент, ул.
Бодомзор йули, дом 2б. Тел./Факс: (+99871) 235–30–41.

Автореферат диссертации разослан «____» ______________ 2017 г.

(протокол рассылки № _______ от «____» _______________ 2017 г.).

С.Л. Лутпуллаев,

председатель Научного совета по присуждению

ученых степеней, д. ф.-м. н., профессор

А.В. Каримов

ученый секретарь Научного совета по присуждению

ученых степеней, д. ф.-м. н., профессор

С.А. Бахрамов

председатель научного семинара при Научном

совете по присуждению ученых степеней,

д. ф.-м. н., профессор

22

ВВЕДЕНИЕ (аннотация диссертации доктора философии (PhD))

Актуальность и востребованность темы диссертации.

На

сегодняшний день, в мире, новые аллотропные формы углерода, в частности
фуллерены С

60

и С

70

играют важную роль в интенсивном развитии отрасли

физики наноразмерных систем. Поведение изолированных молекул фулле-
ренов С

60

и С

70

в различных органических растворителях указывает на их

склонность к самоорганизации и образованию наноагрегатов различных
форм и размеров. Наноагрегаты фуллеренов обладают уникальными физи-
ческими свойствами, что делает их перспективными для использования в
важнейших областях науки и техники в ближайшем будущем. В связи с этим
исследование физических процессов, происходящих в этой направлении,
является одной из важнейших задач современной физики.

В годы независимости уделяется большое внимание на развитие совре-

менной нанофизики и на проведение фундаментальных исследований по
этим направлениям на мировом уровне. В этом плане удалось достичь
значимых результатов в области синтеза и исследования, уникальных физи-
ческих свойств различных наноструктурированных систем, к числу которых
относятся атомные кластеры, нанотрубки, фуллерены, нанопленки, нано-
гранулы, нанопоры, нанолволокна. В соответствии со Стратегией действия
для дальнейшего развития Республики Узбекистан содействие научно-иссле-
довательской и инновационной деятельности, уделение особого внимания
созданию эффективных механизмов для реализации научных и иннова-
ционных достижений, в этом аспекте в области современной нанофизики
имеет важное значение установление основных физических закономерностей
процессов самоорганизации и самосборки молекул наноразмерных частиц.

На сегодняшний день в мире исследование процессов самоорганизации

молекул фуллеренов и образования кластеров фуллеренов в растворах, а
также изучение влияния кластеризации на оптические и нелинейно-
оптические свойства растворов фуллеренов открывает широкие возможности
управления самоорганизующимися системами. В этой сфере реализация
целевых научных исследований по следующим направлениям, является
одним из важнейших задач: определение новых, ранее не установленных
фундаментальных научных закономерностей об условиях зарождения и
дальнейшего роста наноразмерных агрегатов фуллеренов в растворах;
выявление

конкретных

физических

механизмов

самосборки

и

самоорганизации молекул фуллеренов в одно- и двухкомпонентных
органических растворителях; разработка управляемых селективных методов
синтеза как мономолекулярных плотноупакованных, так и пористых
фрактальных наноагрегатов фуллеренов в растворах; исследование эволюции
спектров

электронного

поглощения

мономолекулярных

растворов

фуллеренов в широком интервале их концентраций; определение
особенностей нелинейного взаимодействия лазерного излучения с
наноагрегатами разных размеров в молекулярных растворах фуллеренов.

23

Научно-исследовательские работы, проводимые в вышеприведенных
направлениях, указывают на актуальность темы данной дистертации.

Данное диссертационное исследование в определенной степени

служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента
Республики Узбекистан №-ПП–1442 «О приоритетных направлениях разви-
тия индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2015
года, №-УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий
по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в
2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и №-ПП-2789 «О мерах по дальней-
шему совершенствованию деятельности Академии наук, организаций, управ-
ления и финансирования научно-исследовательской деятельности» от 17
февраля 2017 года, а также в других нормативно-правовых документах,
принятых в данной сфере.

Соответствие

исследования

приоритетным

направлениям

развития науки и технологий республики.

Диссертация выполнена в

рамках приоритетных направлений развития науки и технологий Республики
Узбекистан



II. «Физика, астрономия, энергетика и машиностроение».

Степень изученности проблемы.

W.J.Blau, H.J.Byrne, H.W.Kroto и

другие американские ученые проводили анализ влияния агрегации молекул
фуллеренов в растворах на оптические свойства растворов. Н.О.Мчедлов-
Петросян, В.Л.Аксенов и другие ученые СНГ в ряде работ исследовали
размерные особенности синтезированных наноагрегатов фуллеренов С

60

и

С

70

в различных органических растворителях методом малоуглового

рассеяния нейтронов. Однако согласно литературным данным оставались
полностью неизученными влияние процесса самоагрегации молекул С

60

и С

70

в растворах на оптические и нелинейно-оптические свойства растворов.

Связь диссертационного исследования с планами научно-

исследовательских работ научно-исследовательского учреждения, где
выполнена диссертационная работа.

Работа выполнена по плану научно-

исследовательских работ Института ионно-плазменных и лазерных техно-
логий АН РУз. в рамках фундаментальных научных проектов: ФА-Ф2-Ф146
«Процессы кластерообразования, самосборки и самоорганизации фуллеренов
в растворах» (2012-2016 гг.).

Целью исследования

является определение основных физических

закономерностей процессов самоагрегации молекул фуллеренов С

60

и С

70

в

ряде одно- и двухкомпонентных органических растворителях, а также их
влияния на оптические и нелинейно-оптические свойства растворов.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить

следующие

задачи

:

экспериментальное исследование процессов самоорганизации и

самосборки молекул фуллеренов С

60

и С

70

в различных одно- (толуол,

бензол) и двухкомпонентных (толуол+этанол, бензол+этанол и толуол+аце-
тонитрил) органических растворителях в широком интервале концентраций
фуллеренов в растворах;

24

определение структурных особенностей и размерных характеристик

наноагрегатов фуллеренов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

(где, m – количество молекул С

60

и

С

70

в наноагрегате соответственно), синтезированных в равновесных и нерав-

новесных растворах фуллеренов методами просвечивающей электронной и
зондовой микроскопии высокого разрешения;

разработка управляемых селективных методов синтеза как мономоле-

кулярных плотноупакованных кристаллических, так и пористых фракталь-
ных наноагрегатов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

в растворах фуллеренов С

60

и

С

70

;

установление общих закономерностей и особенностей поведения

оптических спектров электронного поглощения мономолекулярных раство-
ров фуллеренов в широком интервале концентраций С

60

и С

70

;

исследование эффекта самовращения эллипса поляризации (СВЭП)

лазерных импульсов в растворах фуллерена С

70

в одно- и двухкомпонентных

органических растворителях;

определение конкретных значений нелинейного показателя прелом-

ления (

2

n

) и кубической нелинейной восприимчивости (

)

,

,

;

(

)

(













3

) раст-

воров С

70

в толуоле и смеси толуол+ацетонитрил.

Объектом исследования

являются растворы фуллеренов С

60

и С

70

в

одно- (толуол, бензол) и двухкомпонентных органических растворителях
(толуол+ацетонитрил, толуол+этанол, бензол+этанол).

Предметом исследования

являются закономерности и физические

механизмы самоорганизации и самосборки молекул фуллеренов С

60

и С

70

,

эффект нелинейного самовращения эллипса поляризации лазерных
импульсов в растворах фуллерена С

70

.

Методы исследований.

В диссертации применялись метод просве-

чивающей электронной микроскопии, метод атомно-силовой микроскопии,
метод электронной спектроскопии (получение спектров электронных погло-
щений растворов фуллеренов С

60

и С

70

), методы нелинейной спектроскопии

(самовращение эллипса поляризация лазерного импульса в растворах С

70

).

Научная новизна

исследования заключается в следующем:

определены физические механизмы самосборки и самоорганизации

молекул фуллеренов С

60

и С

70

в одно- и двухкомпонентных органических

растворителях. Показано, что в растворах, приготовленных сильно
неравновесным способом (перемешивание раствора фуллерена механическим
ротатором), синтезируются крупные пористые наноагрегаты (C

60

)

m

и (C

70

)

m

квазисферической формы с фрактальной размерностью D≈2.16±0.03;

экспериментально показано образование плотноупакованных моно-

молекулярных наноагрегатов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

в растворах фуллеренов C

60

и

C

70

, приготовленных равновесным способом (т. е. без использования внеш-

них механических воздействий на раствор);

выявлены точные геометрические размеры рыхлых фрактальных и

плотноупакованных кристаллических наноагрегатов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

,

синтезированных в одно- и двухкомпонентных органических растворителей
составляют



400 нм и



50 нм в диаметре, соответсвенно;

25

созданы физические модели самоагрегации молекул фуллеренов С

60

и

С

70

в органических растворителях. Выявлено, что чем выше начальная кон-

центрация C

60

(или C

70

) в растворе, тем больше количество итераций само-

сборки молекул фуллерена и размеры синтезированных наноагрегатов;

методом оптической спектроскопии выявлено синтез наноагрегатов

(C

60

)

m

(или (C

70

)

m

) непосредственно в процессе приготовления как

толуольных, так и бензольных растворов C

60

(или C

70

), приводить к резкому

изменению (уширению и смешению) спектров электронных поглощений
растворов. Экспериментально показано, что коротковолновые части спектров
электронных поглощений растворов C

60

и C

70

как в толуоле, так и в бензоле

(область 300



410 нм), очень чувствительны к формированию мономоле-

кулярных агрегатов;

выявлено, что эффект СВЭП импульсного лазерного излучения (



532

нм) в растворах фуллерена С

70

в одно- и двухкомпонентных органических

растворителей (толуоле, бензоле, толуол+ацетонитриле, толуол+этаноле)
наблюдается при эллиптической поляризации лазерного излучения и
исчезает при линейной;

определены конкретные значения нелинейных показателей преломле-

ния

2

n

и нелинейных восприимчивостей

)

,

,

;

(

)

(













3

растворов фуллере-

на С

70

в толуоле и смеси толуол+ацетонитрил в широком интервале концен-

траций С

70

и при различных степенях эллиптичности лазерного излучения.

Практические результаты исследования

заключается в следующем:

разработаны управляемые селективные методы получения как

мономолекулярных плотноупакованных, так и фрактальных пористых нано-
агрегатов фуллеренов С

60

и С

70

в растворах, различных форм и размеров;

разработаны косвенные оптические и нелинейно-оптические методы

контроля степень агрегации молекул фуллеренов С

60

и С

70

в растворах.

Достоверность результатов исследований

подтверждается приме-

нением современных высокоточных методов электронно-микроскопических
исследований наноразмерных агрегатов фуллеренов С

60

и С

70

в растворах, а

также апробированных методик экспериментального исследования поляри-
зационных характеристик лазерных импульсов, прошедших через растворы
фуллеренов в органических растворителях, и высокой степенью воспроиз-
водимости результатов экспериментов.

Научная и практическая значимость результатов исследования.

Научная значимость результатов диссертационного исследования заключа-
ется в том, что они позволяют объяснить физические механизмы процессов
самоорганизации и самосборки молекул фуллеренов С

60

и С

70

в органических

растворителях, а также корреляцию самоагрегации молекул фуллеренов в
растворах с изменениями оптических и нелинейно-оптических свойств
растворов С

60

и С

70

.

Практическая значимость результатов исследований диссертации сос-

тоит в том, что методы синтеза как мономолекулярных кристаллических, так
и пористых фрактальных наноагрегатов из молекул С

60

и С

70

в растворах

26

могут быть использованы при получении новых микро- и наноразмерных
структур, которые в ближайшей перспективе могут найти достойное практи-
ческое применение в современных нанотехнологиях, солнечной энергетике и
современной медицине.

Внедрение результатов исследований.

На основе результатов иссле-

дования кластеризации молекул фуллеренов С

60

и С

70

в различных растворах

и еѐ влияние на оптические и нелинейно-оптические свойства растворов:

научные результаты, полученные в процессе проведения эксперимен-

тальных исследований эффекта нелинейного самовращения эллипса поляри-
зации высокоинтенсивных световых импульсов в растворах фуллерена С

70

в

различных органических растворителях, которые были использованы для
определения и сравнительного анализа точных расчетных теоретических
значений нелинейных параметров конденсированных сред в рамках проекта
гранта № Ф-2-49 на тему «Квазисинхронные взаимодействия сверхкоротких
лазерных импульсов в средах с пространственной модуляцией квадратичной
и кубической нелинейной восприимчивостей» (справка №ФТА-02-11/527 от
агентства по науке и технологиям Республики Узбекистан от 23 августа 2017
года). Использованные научные результаты позволили установить вклады
нелинейных добавок к показателю преломления, а также нелинейно-
оптических восприимчивостей конденсированных сред;

научные результаты, полученные при изучении самосборки и самоагре-

гации молекул фуллеренов С

60

и С

70

в растворах высокочувствительными

методами электронной микроскопии и оптической спектроскопии, которые
были использованы при определении спектральной характеристики супра-
молекулярного соединения «порфирин-фуллерен», а также при оценке
энергетической эффективности разделения зарядов данного соединения в
рамках проекта гранта № Ф2-ФА-Ф147



Ф139 на тему «Изучение физических

механизмов высокоэффективного преобразования прямого и концентри-
рованного солнечного излучения в первичных процессах фотосинтеза»
(справка №ФТА-02-11/650 от агентства по науке и технологиям Республики
Узбекистан от 14 сентября 2017 года). Использование научных результатов
позволило оценить энергетическую эффективность потока фотоиндуцирован-
ных электронов в супрамолекулярных соединениях.

Апробация результатов исследования.

Основные результаты

диссертационной работы доложены и обсуждены на 12 международных и 6
республиканских научно-практических конференциях.

Опубликованность результатов исследований.

Основные результаты

по теме диссертации опубликованы в 24 научных трудах, в том числе 6
научных статей опубликованы в журналах рекомендованных Высшей
аттестационной комиссией Республики Узбекистан для публикации основ-
ных научных результатов диссертационных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения,

четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Объем
диссертации включает 130 страниц.

27

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении

обоснованы актуальность и востребованность темы дис-

сертации, определена связь исследований с основными приоритетными
направлениями развития науки и технологий в республике, приведены обзор
международных научных исследований по теме диссертации, степень
изученности проблемы, сформулированы цели и задачи, выявлены объекты,
предметы и методы исследования, изложена научная новизна исследования,
обоснована достоверность полученных результатов, раскрыта их теоретичес-
кая и практическая значимость, приведены краткие сведения о внедрении
результатов и апробации работы, а также об объеме и структуре диссертации.

В первой главе

«Современное состояние исследований фуллеренов

С

60

и С

70

в различных растворителях»

приведен обзор современного сос-

тояния теоретических и экспериментальных исследований молекул легких
фуллеренов С

60

и С

70

как в органических, так и неорганических раствори-

телях. На основе анализа имеющихся теоретических и экспериментальных
данных сформулирована постановка задачи.

Во второй главе

диссертации

«Использованные экспериментальные

методы исследования процессов самоагрегации молекул фуллеренов в
растворах»

описаны использованные методы исследования самоагрегации

молекул фуллеренов С

60

и С

70

в растворах. Подробно описаны особенности и

преимущества использования методов просвечивающей электронной микрос-
копии высокого разрешения (ПЭМ ВР) и атомно-силовой микроскопии
(АСМ) с атомарным разрешением для исследования структурных свойств
синтезированных наноразмерных агрегатов фуллеренов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

(где m



число молекул фуллеренов С

60

или С

70

в наноагрегате, соответсвенно) в

растворах. Описаны использованные методы регистрации спектров электрон-
ных поглощений растворов. Дано описание экспериментальной установки,
использованной для проведения нелинейно-оптических исследований раство-
ров фуллерена С

70

.

Блок-схема экспериментальной установки, предназначенной для иссле-

дования нелинейно-оптических поляризационных эффектов в растворах
фуллерена С

70

, а также автоматизированной системы регистрации приведены

на рис. 1. В качестве источника излучения использовался импульсный
YAG:Nd

3+



лазер с модулированной добротностью и длительностью импуль-

са 12



15 нс. Энергия импульса излучения после преобразования во вторую

гармонику в кристалле KDP составляла



50 мДж. Далее излучение второй

гармоники (



=532 нм) пропускалось через призму Глана (ГП) и линейно

поляризованное излучение направлялось в ячейку Поккельса (ЯП). При этом
плавное изменение величины импульса разности электрических потенциалов
на ячейке Поккельса, синхронизованного с управляющим импульсом напря-
жения на электрооптическом затворе YAG:Nd



лазера, позволило нам плавно

менять поляризацию прошедшего излучения в широком диапазоне – от
линейной, вплоть до близкой к круговой поляризации.

28

Диаметр пучка в области взаимодействия с растворами фуллеренов сос-

тавлял



3.5 мм. В ходе экспериментов для варьирования энергии излучения

использовались калиброванные нейтральные светофильтры (НФ). Анализ
изменения ориентации эллипса поляризации излучения лазера на выходе
кюветы (К) с раствором C

70

производился по двухканальной схеме с исполь-

зованием двух взаимно скрещенных анализаторов поляризации (призм
Франка-Риттера ФР) и калиброванных фотодиодов ФД-24 (ФД).

KDP

– нелинейный оптический кристалл (1064 нм → 532 нм); НФ – нейтральные свето-

фильтры; ГП – Глан поляризатор; ЯП – ячейка Поккельса; Д – диафрагма; К – кювета с
раствором фуллерена; БС – светоделительные пластины; ФР – призма Франка-Риттера;

ФД – фотодиоды; ФЭУ – фотоэлектронный умножитель; ПК – персональный компьютер

Рис. 1. Схема экспериментальной установки

Часть лазерного пучка, прошедшего сквозь кювету с растворами С

70

,

при помощи светоделительной пластинки (БС) отводилась для контроля
энергетических и спектральных характеристик излучения. Половина этого
излучения направлялась на ФД, который использовался в качестве датчика в
канале измерения и контроля энергетических характеристик лазерной сис-
темы (рис. 1, 1-канал системы регистрации). Другая половина направлялась
на входную щель дифракционного монохроматора МДР-204 со встроенным
шаговым приводом развертки спектра (М). За выходной щелью монохрома-
тора устанавливался фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), сигнал с которого
обрабатывался в канале измерения спектральных характеристик излучения
(см. рис. 1, 2-канал системы регистрации). Для одновременной регистрации
поляризационных, энергетических и спектральных характеристик светового
импульсов в режиме реального времени была использована автоматизи-
рованная система сбора и обработки экспериментальных данных на базе пер-
сонального компьютера (ПК). Использование автоматизированной системы

29

регистрации на базе компьютера и плат сбора данных позволило не только
значительно ускорить процесс измерения, но и минимизировать относитель-
ную погрешность измерений энергетических и поляризационных характерис-
тик излучения до



5



7% за счет использования специальных алгоритмов

накопления и усреднения сигналов.

В третьей главе

«Исследование процессов самоагрегации молекул

фуллеренов С

60

и С

70

в растворах методами электронной и атомно-сило-

вой микроскопии»

представлены результаты экспериментального исследо-

вания процессов самоорганизации и самосборки молекул С

60

и С

70

в ряде

органических растворителей прямыми методами наблюдения



методом

ПЭМ ВР и методом АСМ.

Для приготовления исходных «равновесных» растворов С

60

и С

70

снача-

ла, навески кристаллического фуллерита С

60

(или С

70

) медленно добавлялись

в органический растворитель (например, в толуол, в бензол). Далее, получен-
ные смеси в пробирках хранились в темном боксе в течение



14 суток при

комнатной (



25

°

С) температуре без оказания на них прямых внешних меха-

нических воздействий.

Неравновесные растворы фуллерена С

60

(или С

70

) аналогичных концен-

траций получали путем простого механического перемешивания смеси
порошка фуллерита С

60

(или С

70

) и органического растворителя (например,

толуола, бензола) в герметично закрытой стеклянной колбе в течение



14

суток при комнатной температуре. Периодическое перемешивание раствора
осуществлялось при помощи лабораторного ротатора марки «Multi RS-60»
(«BioSan», Латвия) с частотой 12 об/мин.

Для установления морфологических особенностей и определения раз-

мерных характеристик наноагрегатов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

, синтезированных в

растворах, был использован просвечивающий электронный микроскоп высо-
кого разрешения (ПЭM ВР) со сверхвысоким разрешением



0.2 нм марки

LEO-912 AB (ZEISS, Германия). При этом микрофотографии исследованных
образцов растворов фуллеренов на поверхности медных сеточек ПЭM ВР с
формваровой пленкой в цифровом формате (стандартный диаметр сетки 3.05
mm, 300 ячеек, Ted Pella Inc., США) анализировались с помощью специаль-
ной программы UTHSCSA Image Tool (UTHSCSA, США).

В растворе C

60

, приготовленном неравновесным способом, в течение

первых 12



14 дней его хранения при комнатной температуре за счет проце-

ссов самоагрегация молекул фуллерена C

60

синтезировались достаточно

крупные фрактальные наноагрегаты (C

60

)

m

квазисферической формы с

диаметрами

d



380



20нм, состоящие из более мелких промежуточных «диск-

ретных» агрегатов C

60

с размерами в диаметре

d

0



30÷45нм (см. рис. 2а).

В случае раствора C

70

в толуоле, приготовленного тем же неравно-

весным способом, в аналогичных условиях и сроках хранения раствора было
обнаружено образование более крупных фрактальных наноагрегатов (C

70

)

m

с

диаметрами

d



280



350 нм. В этом случае наноагрегаты также состояли из

меньших по размерам промежуточных агрегатов фуллерена C

70

с размерами

30

в диаметре

d

0



35÷45 нм (см. рис. 2б). Концентрации фуллеренов С

60

и С

70

в

исходных молекулярных толуольных растворах составляли



2.2 и



1.0 г/л,

соответсвенно.

Точные измерения размерных характеристик внутренней структуры

синтезированных фрактальных агрегатов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

методом ПЭМ ВР, а

также проведенный анализ с использованием программы «UTHSCSA Image
Tool» позволили нам установить, что кратчайшее расстояние между двумя
соседними дискретными структурными единицами, находящимися внутри
крупных наноагрегатов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

составляет



L



1÷3 нм.

На рис. 3 приведены ПЭМ–снимки наноагрегатов (С

60

)

m

и (С

70

)

m

, син-

тезированных в толуоле, но при использовании «равновесного» способа
приготовления исходных растворов фуллеренов С

60

и С

70

. Легко можно заме-

тить, что при использовании «равновесного» способа приготовления исход-
ного раствора С

60

с концентрацией



2.2 г/л, процессы самоорганизации

молекул С

60

во времени протекают по несколько иному физическому меха-

низму, чем в случае неравновесного раствора, а именно, синтезируются

a – рыхлые наноагрегаты (C

60

)

m

;

б – рыхлые наноагрегаты (C

70

)

m

Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки крупных наноагрегатов

(C

60

)

m

и (C

70

)

m

, синтезированных в неравновесных растворов фуллеренов

в толуоле

a

– мономолекулярные агрегаты C

60

б – мономолекулярные агрегаты C

70

Рис. 3. ПЭМ–снимки плотноупакованных наноагрегатов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

,

синтезированных в толуольных растворах C

60

и C

70

, приготовленных

равновесным способом

31

только плотноупакованные агрегаты (С

60

)

m

с размерами в диаметре



50 нм

(рис. 3а). На рис. 3б представлены ПЭМ–снимки наноагрегатов (С

70

)

m

, син-

тезированных в толуольном растворе, приготовленном равновесным спосо-
бом в течение первых 20



25 дней хранения раствора при комнатной

температуре. В этом случае также формируются плотноупакованные
наноагрегаты (С

70

)

m

с размерами в диаметре



30



60 нм.

Рис. 4. ПЭМ-ВР микроснимки

периферийной части отдельно

взятого наноагрегата (С

60

)

m

Отметим,

что

дополнительные

морфометрические

исследования

периферийной

части

отдельно

взятого наноагрегата (С

60

)

m

методом

ПЭМ ВР позволили нам установить,
что наноагрегаты монодисперсны,
имеют плотноупакованную крис-
таллическую структуру, и состоят не
из агрегатов С

60

как в случае

неравновесного раствора, а исклю-
чительно из молекул С

60

(рис. 4).

На рис. 5 приведены АСМ-снимки наноагрегатов (C

60

)

m

, синтезирован-

ных в бензольном растворе фуллерена С

60

при равновесном способе приго-

товления исходного раствора (а), а также профилограммы наноагрегатов (б),
находящихся в нижней части снимка.

Как видно из данного рисунка, метод атомно-силовой микроскопии

высокого разрешения позволяет не только установить точные размерные
характеристики и форму синтезированных в растворе наноагрегатов (C

60

)

m

,

но и также определить структурные особенности их поверхности. Для этого

a – двумерная проекция поверхности

наноагрегатов

б – профиль поверхностей трех нижних

наноагрегатов (C

60

)

m

, расположенных в

нижней части рис. 5a

Рис. 5. АСМ-снимок наноагрегатов (C

60

)

m

, синтезированных в

молекулярном растворе C

60

в бензоле, приготовленном равновесным

способом

32

тончайшая игла АСМ проводит полное сканирование всей поверхности каж-
дого из наноагрегатов (C

60

)

m

как в продольном (по оси

х

), так и в поперечном

(по оси

y

) направлениях, что позволяет построить точный профиль поверх-

ности наноагрегатов (C

60

)

m

, находящихся на предметном стекле микроскопа

(рис. 5б). Таким образом, проведенный нами подробный анализ АСМ-изоб-
ражений наноагрегатов (C

60

)

m

, синтезированных в бензоле при равновесном

способе приготовления исходного раствора С

60

(см. рис. 5) с концентрацией



1.44 г/л позволяет сделать вывод о том, что в результате самоагрегации

молекул С

60

в растворе синтезировались исключительно плотноупакованные

мономолекулярные кристаллические наноагрегаты со средним размером в
диаметре d



20



25 нм.

В четвертой главе

диссертации, названной

«Исследование влияния

процессов самоагрегации молекул фуллеренов в растворах на оптичес-
кие и нелинейно-оптические свойства растворов»

приведены результаты

экспериментального изучения закономерности изменения электронных спек-
тров поглощений растворов С

60

и С

70

, а также особенности проявления эф-

фекта нелинейного самовращения эллипса поляризации (СВЭП) лазерного
излучения в растворах, приготовленных в различных органических раство-
рителях.

На рис. 6 показана эволюция изменения спектров электронных погло-

щений четырѐх различных свежеприготовленных «равновесным» способом
растворов С

60

в толуоле с концентрацией фуллерена 0.08



0.96 г/л.

При этом

наблюдались всего шесть характерных полос электронного поглощения раст-
воров фуллерена с максимумами при длинах волн



1



335 нм (разрешенный

по правилам симметрии переход 1

1

Ag–3

1

T

1u

),



2



351 нм (триплет-трип-

летный переход 9

1

T

1g

–18

1

T

1u

),



3



407 nm (синглет-триплетный переход 1

1

Ag–

1

1

T

1u

),



4



534 nm (S

1

→S

3

переход),



5



598 нм (переход колебательной струк-

туры S

0

–S

1

), и



6



625 нм (переход h

u

→t

1u

+T

u

). Эти уширенные полосы элек-

тронного поглощения растворов С

60

в толуоле очень близки по частотам к

аналогичным спектрам поглощения растворов C

60

в бензоле (см. рис. 7). Сог-

ласно полученным экспериментальным результатам, характер изменения и
форма электронных спектров поглощения растворов C

60

в толуоле и бензоле

сильно зависит от исходной концентрации C

60

в растворе. Природа возникно-

вения первых двух, взаимно конкурирующих полос оптического поглощения
растворов C

60

с максимумами при



1



335 нм и



2



351 нм (спектр

1

на рис. 6),

связана с процессами межмолекулярных диполь-дипольных π~π* взаимо-
действий «фуллерен-толуол» (или «фуллерен-бензол»), а также «фуллерен-
фуллерен» соответственно. Однако полоса поглощения с максимумом на



1



335 нм проявляется только при низкой концентрации С

60

в растворе

(



0.08 г/л) и исчезает при более высоких концентрациях фуллерена 0.32÷0.96

г/л (рис. 6, спектры

2

÷

4

). Такое поведение спектров электронных погло-

щений с ростом концентрации С

60

в растворе, возможно, объясняется

усилением межмолекулярных взаимодействий С

60

–С

60

и ослаблением

аналогичных взаимодействий между молекулами «С

60

–растворитель».

33

Полоса с максимумом на длине волны



2



351нм в электронном спектре

также уширяется и смещается в длинноволновую часть спектра на



2 нм, что

типично для самоагрегации молекул фуллерена С

60

в толуоле, приводящей к

образованию молекулярных наноагрегатов (С

60

)

m

. Далее, с ростом концен-

трации С

60

в растворе (область 0.32÷0.96 г/л,

спектры

2

÷

4

) амплитуды элект-

ронных полос поглощения растворов в длинноволновой части спектра (



534,



598 и



625 нм) быстро растут. Слабая полоса поглощения с максимумом на



625 нм соответствует т.н. γ-группе запрещенных по правилам отбора для

чисто молекулярных переходов h

u

→t

1u

.

Таким образом, коротковолновая часть спектра поглощения раствора

С

60

(область



300



410нм) очень чувствительна к образованию в растворе

мономолекулярных агрегатов (C

60

)

m

, синтезируемых по схеме C

60

+C

60

+



+

C

60



(C

60

)

m

. Длинноволновая же часть спектра поглощения (область 410



700

нм), возникающая за счет электронных переходов HOMO–LUMO, сохраняя
высокую чувствительность к формированию наноагрегатов (C

60

)

m

в растворе,

позволяет также прогнозировать синтез наноагрегатов (C

60

)

m

за счет переноса

заряда между молекулами C

60

.

На рис. 8 представлены зависимости удельного вращения эллипса

поляризации

)

(

.

уд



от степени эллиптичности лазерного излучения

 



в раст-

ворах фуллерена С

70

в двух органических растворителях. Кривая

1

соответ-

ствует концентрации фуллерена C

70



0.5 г/л в толуоле, а кривая

2

концен-

трации



0.6 г/л в бензоле. Из рис. 8 видно, что в обоих растворах С

70

эффект

СВЭП лазерного излучения наблюдается только при эллиптической поляри-
зации лазерного излучения и отсутствует при линейной. Увеличение степени
эллиптичности излучения приводит к росту величины удельного вращения, и
кривые зависимости

 





.

уд

выходят на насыщение по мере приближения к

1

– 0.08;

2

– 0.32;

3

– 0.64;

4

– 0.96 г/л

1

– 0.18;

2

– 0.36;

3

– 0.72;

4

– 1,44 г/л

Рис. 6. Спектры электронных

поглощений свежеприготовленных

растворов С

60

в толуоле при

различных исходных

концентрациях фуллерена

Рис. 6. Спектры электронных

поглощений свежеприготовлен-

ных растворов С

60

в бензоле при

различных исходных

концентрациях фуллерена

34

круговой поляризации. При одинаковых концентрациях С

70

в растворах, а

также при фиксированной интенсивности и степени эллиптичности лазер-
ного излучения величина удельного СВЭП больше в бензоле. Это объясня-
ется спектральными особенностями молекул C

70

в различных растворителях,

а именно, небольшим (



30 нм) длиннововновым сдвигом положений макси-

мумов спектра поглощения C

70

в бензоле (по сравнению с аналогичным раст-

вором в толуоле), и более выгодными резонансными выигрышами керро-
вской восприимчивости

)

,

,

;

(

)

3

(













на существующих оптических перехо-

дах C

70

в бензоле.

На рис. 9 показано изменение величины удельного СВЭП лазерного

излучения

)

(

.

уд



с ростом концентрации фуллерена C

70

в растворе, при раз-

личных объемных концентрациях «ацетонитрила» в «толуол+ацетонитриль-
ной» смеси растворителей и при фиксированной интенсивности и степени
эллиптичности лазерного излучения. Кривые

1

÷

3

на рис. 9 соответствуют

разным (10



30.%) объемным содержаниям ацетонитрила в смеси раство-

рителей. Постепенно увеличение концентрации C

70

в растворе приводит к

уменьшению значений углов удельного СВЭП лазерных импульсов (рис. 9,
кривые

1

÷

3

). Последнее указывает на то, что система «C

70

+толуол+ацетонит-

рил» отклоняется от критериев «истинных» молекулярных растворов, в кото-
рых, согласно существующим представлениям растворенное вещество
должно находиться в виде отдельных изолированных молекул. Такое откло-
нение может быть обусловлено двумя причинами



образованием производ-

ных фуллеренов в результате взаимодействия молекул растворяемого
вещества (С

70

) с молекулами растворителей (толуол+ацетонитрил), или меж-

молекулярными взаимодействиями молекул С

70

, приводящим к нарушению

кривая

1



в толуоле;

2



в бензоле

Рис. 8. Зависимость величины

угла удельного вращения эллипса

поляризации

.

уд



от степени

эллиптичности лазерного излуче-

ния



в растворе С

70

при



=532 нм

Объемная концентрация ацетонитрила:

спектр

1



30%,

2



20% и

3



10%

Рис. 9. Изменение величины

удельного вращения

)

(

.

уд



эллипса

поляризации лазерного излучения

при различных исходных концен-

трациях фуллерена C

70

и объем-

ных долях ацетонитрила в смеси

«толуол+ацетонитрил»

35

закона Бугера-Ламберта-Бера в растворе.

Если бы поведение системы «C

70

+

толуол+ацетонитрил» соответствовало поведению «истинных» молекуляр-
ных растворов, то при фиксированной интенсивности и степени эллиптич-
ности лазерного излучения, а также концентрации C

70

в растворе, увеличение

объемной доли ацетонитрила в смеси растворителей не приводило бы к
уменьшению величины углов СВЭП. По нашему мнению наблюдаемое ано-
мальное поведение эффекта СВЭП лазерного излучения в растворе обуслов-
лено ярко выраженной склонностью молекул фуллерена С

70

к образованию

устойчивых мономолекулярных агрегатов (С

70

)

m

в смеси растворителей

«толуол+ацетонитрил».

Путем аппроксимации экспериментальных данных, представленных на

рис. 8 и 9 нами были определены конкретные значения нелинейных харак-
теристик

2

n

и

)

,

,

;

(

)

(













3

для растворов С

70

в толуоле и бензоле при раз-

личных поляризациях лазерного излучения, а также в смеси «толуол+
ацетонитрил» при различных концентрациях фуллерена. Полученные резуль-
таты представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Изменение нелинейно-оптических параметров

2

n

и

)

,

,

;

(

)

(













3

растворов

фуллерена С

70

в толуоле и бензоле при различных значениях степени эллип-

тичности (



) поляризации лазерного излучения



0.2

0.3

0.4

0.45

0.55

0.65

0.7

0.8

2

n

, (



10

-13

, см

2

/Вт)

)

(

бензол

толуол

88

.

4

52

.

2

8

.

6

1

.

4

4

.

9

96

.

4

1

.

10

5

.

5

4

.

10

9

.

5

5

.

10

31

.

6

7

.

10

54

.

6

8

.

10

6

.

6

)

,

,

;

(

)

(













3

,

(



,

11

10



СГСЭ),

)

(

бензол

толуол

7

.

2

41

.

1

8

.

3

29

.

2

3

.

5

78

.

2

7

.

5

1

.

3

8

.

5

3

.

3

89

.

5

53

.

3

99

.

5

66

.

3

04

.

6

69

.

3

Таблица 2

Нелинейно-оптические характеристики фуллерена С

70

в смеси «толуол+ацето-

нитрил» при различных концентрациях фуллерена

С

70

концентрацияси, (г/л)

1.0

0.8

0.5

0.2

0.05

2

n

, (



10



20

, СГСЭ)

10%

ACE

2.1

5.2

5.36

2.48

0.65

20%

ACE

0.64

1.64

4.1

2.37

0.63

30%

ACE

0.05

0.62

2.62

2.05

0.59

)

,

,

;

(

)

(













3

,

(



10



11

, СГСЭ)

10%

ACE

1.2

2.97

3.06

1.42

0.37

20%

ACE

0.37

0.94

2.34

1.35

0.36

30%

ACE

0.03

0.35

1.49

1.17

0.34

36

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1.

Методами просвечивающей электронной и атомно-силовой микрос-

копии высокого разрешения установлено, что в растворах фуллеренов C

60

и

C

70

, приготовленных в органических растворителях (толуоле, бензоле) силь-

но неравновесным способом

(перемешивание механическим ротатором) за

счет процессов самоагрегации молекул фуллеренов преимущественно
образуются крупные фрактальные наноагрегаты (C

60

)

m

и (C

70

)

m

квазисферической формы с размерами в диаметре вплоть до



400 нм. В то

же время, в аналогичных растворах, приготовленных равновесным
способом (т.е. без оказания внешних механических воздействий на раствор),
формируются плотноупакованные мономолекулярные наноагрегаты (C

60

)

m

и

(C

70

)

m

с размерами в диаметре



50 нм.

2.

Установлено, что независимо от способа приготовления исходных

растворов фуллеренов C

60

и C

70

конечные геометрические размеры синтези-

рованных в растворах наноагрегатов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

растут прямо пропор-

ционально исходной концентрации фуллеренов и времени самосборки.

3.

Предложена физическая модель самоорганизации молекул фуллеренов

С

60

и С

70

в растворах, а также условия образования как плотноупакованных,

так и фрактальных наноагрегатов. Показано, что полученные в растворах
фрактальные наноагрегаты фуллеренов (C

60

)

m

и (C

70

)

m

устойчивы к внешним

механическим, а также температурным воздействиям.

4.

Показано, что сразу же после приготовления растворов С

60

и С

70

в

органических растворителях (толуол, бензол, бензол+этанол) начинаются
процессы самоагрегации молекул растворенного вещества, приводящие к
резкому изменению спектров электронных поглощений растворов



уши-

рению, взаимному сливанию, а также к ярко выраженному смещению в
длинноволновую сторону.

5.

Экспериментально

исследован эффект самовращения эллипса

поляризации импульсного лазерного излучения (



532 нм) в растворах С

70

.

Выявлено, что увеличение степени эллиптичности лазерного излучения
приводит к росту величины удельного вращения эллипса поляризации в
растворах С

70

.

6.

Найдена корреляция между процессами формирования, роста разме-

ров наноагрегатов молекул С

70

в растворах и величиной углов СВЭП

проходящего через среду лазерного излучения.

7.

Определены конкретные значения нелинейных показателей прелом-

ления

2

n

и нелинейных восприимчивости

)

,

,

;

(

)

(













3

растворов фулле-

рена С

70

в одно- (толуол, бензол) и двухкомпонентных (толуол+ацетонит-

рил) растворителях в широком интервале концентраций С

70

и при различ-

ных степенях эллиптичности лазерного излучения.

37

SCIENTIFIC COUNCIL DSс.27.06.2017.FM/T.34.01 ON AWARD OF

SCIENTIFIC DEGREE OF DOCTOR OF SCIENCES AT THE PHYSICAL

AND TECHNICAL INSTITUTE, INSTITUTE OF ION-PLASMA AND

LASER TECHNOLOGIES, SAMARKAND STATE UNIVERSITY

INSTITUTE OF ION-PLASMA AND LASER TECHNOLOGIES

MAKHMANOV UROL KUDRATOVICH

CLUSTERIZATION OF MOLECULES OF LIGHT FULLERENES (C

60

,

C

70

) IN SOLUTIONS AND ITS INFLUENCE ON OPTICAL AND

NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES OF SOLUTIONS

01.04.05 – Optics

ABSTRACT OF DISSERTATION OF THE DOCTOR OF

PHILOSOPHY (PhD) ON PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES

TASHKENT – 2017

38

The theme of the dissertation of the doctor of philosophy (PhD) on physical and mathematical

sciences was registered by the Supreme Attestation Commission of the Cabinet of Ministers of the
Republic of Uzbekistan under No. B2017.1. PhD/FM25.

The dissertation was carried out at the Institute of Ion-Plasma and Laser Technologies of the Academy

of Sciences of Uzbekistan.

The abstract of the dissertation was posted in three (Uzbek, Russian, English (resume)) languages on

the website of the Scientific Council at www.fti-kengash.uz and on the website of “ZiyoNet” information-
educational portal at www.ziyonet.uz.

Scientific supervisor:

Kokhkharov Abdulmutallib Mamadjanovich

Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Official opponents

:

Mukimov Kamil Mukimovich

Doctor of Physical and Mathematical Sciences,
Academician

Semenov Denis Ivanovich

Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Leading organization:

Tashkent State Technical University

The defence of the dissertation will be held on “___” __________ 2017, at ____ at the meeting of the

Scientific Council number Dsc.27.06.2017.FM/T.34.01

at the Physical and Technical Institute, Institute

of Ion-Plasma and Laser Technologies, Samarkand State University (Address: 2B Bodomzor yuli str.,
100084 Tashkent. Tel./Fax: (+99871) 235-42-91, e-mail: lutp@uzsci.net).

The dissertation can be looked through in the Information Resource Centre of the Physical and

Technical Institute (registered under No ____). Address: 2B Bodomzor yuli str., 100084 Tashkent. Tel.:
(+99871) 235-42-91.

The abstract of dissertation was distributed on “___” ______________ 2017 year
(Registry record No ________ dated “____” ___________ 2017)

S.L.Lutpullaev

Chairman of the scientific Council

on award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

A.V.Karimov

Scientific Secretary of the scientific Council

on award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

S.A.Bakhramov

Chairman of the scientific Seminar of the Scientific

Council on Award of scientific degrees,

D.F.-M.S., professor

39

Introduction (abstract of the PhD dissertation)

The aim of the research

is to find the basic physical regularities of self-

aggregation of C

60

and C

70

fullerenes molecules in a number of organic solvents, as

well as their influence on optical and nonlinear optical properties of solutions.

The scientific novelty of the research

consists of the following:

Structural and dimensional features of nanoaggregates (C

60

)

m

and (C

70

)

m

in

solutions prepared in two different ways – equilibrium and strongly non-
equilibrium – were studied by high-resolution transmission electron microscopy
and atomic-force microscopy methods;

The most likely models of self-aggregation molecules of C

60

and C

70

in

organic solvents were proposed;

Correlations between the processes of nonlinear rotation of polarization

ellipse, change of electronic absorption spectra of solutions of fullerenes and
processes of self-aggregation molecules of C

60

, C

70

in solutions were demonstrated;

Implementation of the research results.

On the basis of the results of a

study of the clusterization of C

60

and C

70

fullerenes molecules in solutions, as well

as their influence on optical and nonlinear optical properties of solutions:

scientific results obtained in the course of experimental studies of the effect

of nonlinear self-rotation of the ellipse of polarization of high-intensity light pulses
in solutions of C

70

fullerene in various organic solvents that were used to determine

and compare the exact calculated theoretical values of the nonlinear parameters of
condensed matter within the framework of the grant project No F-2-49 on the topic
“Quasisynchronous interactions of ultra-short laser pulses in media with spatial
modulation of quadratic and cubic nonlinear susceptibilities” (Reference No. FTA-
02-11/527 of Agency for Science and Technology the Republic of Uzbekistan
dated August 23, 2017). The use of scientific results made it possible to establish
contributions of nonlinear additives to the refractive index, as well as nonlinear
optical susceptibilities of condensed media;

scientific results obtained in the study of the self-assembly and self-

aggregation of fullerene C

60

and C

70

molecules in solutions by high-sensitivity

electron microscopy and optical spectroscopy methods that were used in
determining

the

spectral

characteristics

of

the

"porphyrin-fullerene"

supramolecular compound, and also in evaluating the energy efficiency of charge
separation of a given compound within the framework of the grant project No F2-
FA-F147



F139 on the topic “The study of the physical mechanisms of highly

efficient conversion of direct and concentrated solar radiation in the primary
processes of photosynthesis” (Reference No. FTA-02-11/650 of Agency for
Science and Technology the Republic of Uzbekistan dated September 14, 2017).
The use of scientific results made it possible to estimate the energy efficiency of
the flux of photo induced electrons in supramolecular compounds.

The structure and volume of the dissertation.

The dissertation is presented

on 130 pages consisting of an introduction, four chapters, a conclusion and a list of
references.

40

ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

LIST OF PUBLISHED WORKS

I бўлим (I часть, Part I)

1.

Makhmanov U.K., Ismailova O.B., Kokhkharov A.M., Zakhidov E.A.,

Bakhramov S.A. Features of self-aggregation of C

60

molecules in toluene prepa-

red by different methods // Physics Letters A. –USA, 2016, – Vol. 380, No. 24,
pp. 2081-2084 (№40. ResearchGate, IF:1.76).
2.

Kokhkharov A.M., Zakhidov E.A., Gofurov Sh. P., Bakhramov S.A.,

Makhmanov U.K. Clusterization of fullerene C

70

molecules in solutions and its

influence to optical and nonlinear optical properties of solutions // International
Journal of Nanoscience. –USA, 2013, – Vol. 12, No.4, – pp.1350027 (9 pages)
(№40. ResearchGate, IF:0.27).
3.

Bakhramov S.A., Kokhkharov A.M., Makhmanov U. K., Kokhkharov R.

Self-induced polarization rotation of laser beam in fullerene (С

70

) solutions // Pro-

ceedings of SPIE



The International Society for Optical Engineering.



USA,

2011.



Vol. 7993,



pp.79930B (9 pages) (№40. ResearchGate, IF:0.46).

4.

Bakhramov S.A., Ischenko A.A., Kokhkharov A.M., Makhmanov U.K.,

Parpiev O.R. Investigation of extended pulse trains formation in Nd:YAG laser
with nonlinear optical feedback and dye-activated polyurethane thin film // Pro-
ceedings of SPIE.



USA, 2007. – Vol. 6731, – pp. 127



132 (№40. ResearchGate,

IF:0.4).
5.

Makhmanov U.K., Ismailova O.B., Kokhkharov A.M., Bakhramov S.A.

Analysis of clusterization of C

70

molecules in benzene solutions prepared by

various methods // Ўзбекистон миллий университети хабарлари. –Ташкент,
2016, – №2/2. – C. 112-118 (01.00.00, №8).
6.

Бахрамов С.А., Коххаров А.М., Махманов У.K., Парпиев О.Р., Хаби-

буллаев П.К. Индуцированная лазерным излучением эффект нелинейной
гиротропии в растворах фуллеренов // Узбекский физический журнал. –
Ташкент, 2008. – Т. 10, № 2, – с. 95-101. (01.00.00; № 5).

II бўлим (II часть; Part II)

7.

Бахрамов C.A., Коххаров A.M., Махманов У.К., Парпиев О.Р. Гене-

рация удлиненных цугов пикосекундных импульсов в YAG:Nd

3+



лазере с

полимерным пассивным затвором и нелинейно-оптической обратной связью
// В книге: Голография: фундаментальные исследования, инновационные
проекты и нанотехнологии. Издательство «Папирус» Иркутск, 2008. 468
стр.



С.442



448.

8.

Коххаров А.М., Бахрамов С.А., Захидов Э.А., Махманов У.К.

Механизмы синтеза золей фуллерена С

60

в толуоле // Журнал химия и хими-

ческая технология. –Ташкент, 2016. – Т. 53, №3, – с.15-19.

41

9.

Бахрамов С.А., Ваганов Е.В., Коххаров А.М., Махманов У.К., Парпиев

О.Р. Получение лазерной плазмы при резонансной накачке водородо-
подобных атомов / III Международная конференция по молекулярной спек-
троскопии.



2006. Май.



Самарканд.



С.38.

10.

Бахрамов С.А., Ваганов Е.В., Коххаров А.М., Махманов У.К., Парпиев

О.Р. Генерация удлиненных цугов пикосекундных импульсов в YAG:Nd

3+

–

лазерах с тонкой полиуретановой пленкой / III Международная конфе-
ренция по молекулярной спектроскопии.



2006. Май.



Самарканд.



C. 49.

11.

Бахрамов С.А., Коххаров А.М., Махманов У.К., Парпиев О.Р. Свето-

индуцированная нелинейная гиротропия в растворах фуллеренов / Респуб-
ликанская конференция «Оптические методы в современной физике».



2008. Май.



Ташкент.



С.74-75.

12.

Бахрамов С.А., Коххаров А.М., Махманов У.К. Исследование нели-

нейно-оптических характеристик растворов фуллерена С

70

и его молеку-

лярных ассоциатов / V Международная конференция по физической элек-
тронике. UzPEC-5,



2009. Октябрь.



Ташкент.



С.27.

13.

Бахрамов С.А., Коххаров А.М., Махманов У.К, Хабибуллаев П.К.

Нелинейное самовращение поляризации лазерного излучения в растворах
фуллерена С

70

/ Республиканская научно-практическая конференция «Сов-

ременная физика и ее перспективы».



2009. Ноябрь.



Ташкент.



С.66-70.

14.

Bakhramov S. A., Kokhkharov A. M., Makhmanov U.K., Kokhkharov R.

Polarization rotation of laser beam in fullerene (C

70

) solutions / IV



между-

народной конференции посвященной 80-летию академика М.С. Саидова.



2010. Ноябрь.



Ташкент.



С.403-405.

15.

Bakhramov S. A., Kokhkharov A. M., Makhmanov U.K., Kokhkharov R.

Cluster formation of fullerene (C

70

) in two component solutions / IV



между-

народной конференции посвященной 80



летию академика М.С. Саидова.



2010. Ноябрь.



Ташкент.



С. 405-407.

16.

Bakhramov S.A., Kokhkharov A.M., Makhmanov U.K., Zakhidov E.A.

Self-induced polarization rotation of laser beam in fullerene (С

70

) solutions / The

9

th



Joint Uzbek-Korea Symposium NANOSCIENCE: Problems and Prospects

Quantum Functional Materials and Devices. – 2010. November.



Tashkent.



P.19.

17.

Болоберников А.В., Гапдулхаков И.Р., МахмановУ.К., Гафуров. Ш.П.

Исследование кинетики агрегации молекул фуллеренов в толуоле / Респуб-
ликанской научно-практической конференции «Проблемы физики и роль
одаренной молодежи в ее развитии».



2011.



Тошкент.



С. 61-63.

18.

Бахрамов С.А., Балоберников А.В., Гафуров Ш.П., Коххаров А.М.,

Махманов У.К. Исследование кинетики агрегации и солюбилации молекул
фуллеренов в толуоле / Международная конференция «Актуальные проб-
лемы физической электроники».



2012. Ноябрь.



Ташкент.



С.126.

19.

Bakhramov S.A., Kokhkharov A.M., Zakhidov E.A., Makhmanov U.K.,

Gofurov Sh.P. Clusterization of fullerene C

70

molecules in solutions and its

42

influence to optical and nonlinear optical properties of solutions / The
16

th



International Symposium on the Physics of Semiconductors and

Applications (ISPSA



2013).



2013. July.



Jeju, Korea.



P.243.

20.

Bakhramov S.A., Kokhkharov A.M., Makhmanov U.K., Bolobernikov A.V.,

Gofurov Sh.P. Clusterization of fullerene C

70

molecules in solutions and its

influence to optical and nonlinear optical properties of solutions / IV



Между-

народная

конференция

«Актуальные

проблемы

молекулярной

спектроскопии конденсированных сред».



2013. Май. Самарканд.



P.23.

21.

Bakhramov S.A., Kokhkharov A.M., Zakhidov E.A, Makhmanov U.K.,

Gofurov Sh.P. Nonlinear ellipse rotation of laser pulses in fullerene (C

70

)

solutions. II



международной конференции "Оптика и фотоника



2013".



2013. Сентябрь.



Самарканд.



С.139-140.

22.

Коххаров А.М., Бахрамов С.А., Махманов У.К., Гафуров Ш.П.,

Ахмедов Ж.Г. Самоагрегация молекул фуллерена С

60

в толуольном растворе

и синтез коллоидных частиц / VIII Республиканской научно-практической
конференции «Проблемы физики и роль одаренной молодежи в ее раз-
витии».



2015. Апрель.



Тошкент.



С. 149-151.

23.

Коххаров А.М., Бахрамов С.А., Махманов У.К., Исмаилова О.Б.,

Гафуров Ш.П., Коххарова М.У. Самоорганизация молекул фуллерена С

60

в

бензольном растворе / IХ Республиканской. научно-практической конфе-
ренции «Проблемы физики и роль одаренной молодежи в ее развитии».



2016. Май.



Тошкент, НУУз.



С. 329-331.

24.

Махманов У.К., Исмаилова О.Б., Коххаров А.М., Бахрамов С.А., Гафу-

ров Ш.П., Коххарова М.У. Самоорганизация молекул фуллерена С

60

в

бинарной смеси «этанол+бензол» / V



Международная конференция «Акту-

альные проблемы молекулярной спектроскопии конденсированных сред».



2016. Сентябрь. Самарканд.



С. 59-60.

43

Авторефератнинг ўзбек, рус ва инглиз тилларидаги нусхалари

«Тил ва адабиѐт таълими» таҳририятида таҳрирдан ўтказилди

(04.09.2017 йил)

Босишга рухсат этилди: _____.____.2017

Бичими 60х84 1/6, «Times New Roman»

гарнитураси. Офсет усулида босилди.

Шартли босма табоғи 3.25 нашр босма табоғи 3.0

Тиражи 100 Буюртма: № 65

«Алоқачи» босмахонасида чоп этилди.

Тошкент шаҳри, А. Темур кўчаси 108