ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-06-96-106

УДК: 535.514.4, 535-45

Исследование свойств поляризационных тонких полимерных плёнок, модифицированных наночастицами шунгита: эксперименты и квантово-химическое моделирование

Федорова Л.О., Кужаков П.В., Каманина Н.В.
Ссылка для цитирования:

Федорова Л.О., Кужаков П.В., Каманина Н.В. Исследование свойств поляризационных тонких полимерных плёнок, модифицированных наночастицами шунгита: эксперименты и квантово-химическое моделирование // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 6. С. 96–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-96-106

 Fedorova L.O., Kuzhakov P.V., Kamanina N.V. Investigation of the properties of polarizing thin polymer films modified with shungite nanoparticles: experiments and quantum chemical modeling [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 6. P. 96–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-96-106

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Поляризационные и механические свойства йодированных поливинилспиртовых плёнок, модифицированных наночастицами шунгита. Цель работы. Определение оптимальных значений степени растяжения и концентрации шунгита для создания поливинилспиртовых плёнок, при которых величина пропускания параллельной компоненты светового потока в видимом диапазоне спектра и микротвёрдость поверхности максимальны, а степень поляризации плёнок при этом достигает 90–99%. Метод. Для исследования влияния технологических параметров на характеристики плёнок варьировались: 1) концентрация шунгита — от 0 до 0,15 вес. %; 2) степень растяжения плёнок — от 1,8 до 3,3 раз. Спектральные характеристики измерялись с помощью спектрофотометра СФ-26, а значения микротвердости поверхностей плёнок определялись с помощью микротвёрдомера ПМТ-3М. Качественные модели рассчитывались с помощью программ GaussView5.0 и Gaussian 09W. Основные результаты. При сенсибилизации поливинилспиртовых поляризационных плёнок наночастицами шунгита значения степени их поляризации превышают 97% во всём видимом диапазоне спектра. Растяжение плёнок в 3,3 раза при концентрации шунгита 0,10 вес. % обеспечивает максимальное пропускание параллельной компоненты света, а при 0,05 вес. % — наилучшую микротвёрдость поверхности. Практическая значимость. Улучшенные спектральные свойства поляризационных плёнок способствуют увеличению эффективности работы оптических систем и устройств. Увеличенные значения микротвёрдости поверхности исключают более сложные упрочняющие технологии.

Ключевые слова:

тонкие поляризационные плёнки, шунгит, поливиниловый спирт, спектры пропускания, степень поляризации, микротвёрдость поверхности

Благодарность:

авторы признательны коллегам отдела «Фотофизика наноструктурированных материалов и устройств» за обсуждение полученных результатов. А также благодарят заведующую лабораторией физико-химических исследований наноматериалов Института геологии КарНЦ РАН, доктора химических наук Рожкову Н.В. за предоставление порошка шунгитной породы. Работа поддержана Российским научным фондом, проект № 24-23-00021 (https://rscf.ru/prjcard_int?24-23-00021).

Коды OCIS: 160.1190, 230.5440, 160.4760

Список источников:
  1. Li Y., Xie J., Cheng H. et al. Polyvinyl alcohol based polarizer for new displays: Molecule, processing and properties // Soft Matter. 2025. P. 3148−3167. https://doi.org/10.1039/D4SM01530D
  2. Zhou Y., Guo Z., Gu H. et al. A solution-processable natural crystal with giant optical anisotropy for efficient manipulation of light polarization // Nat. Photon. 2024. № 18. P. 922–927. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01461-8
  3. Wu R., Jiang K., Jiang X. et al. Metasurface-based circular polarizer with a controllable phase and its application in holographic imaging // Optics Letters. 2024. № 3. P. 774−777. https://doi.org/10.1364/OL.511135
  4. Студенов В.И., Виноградова О.В. Способ изготовления поляризационных светофильтров для ультрафиолетовой области спектра // Патент РФ № SU1631488A1. 1991.

       Studenov V.I., Vinogradova O.V. A method for manufacturing polarizing light filters for the ultraviolet region of the spectrum // RF Patent № SU1631488A1. 1991.

  1. Li Y., Xie J., Cheng H. et al. Polyvinyl alcohol-based polarizers for new displays: molecules, processing and properties // Soft Matter. 2025. № 21. P. 3148–3167. https://doi.org/10.1039/d4sm01530d
  2. Каманина Н.В., Васильев П.Я., Студёнов В.И. Поляризационные плёнки для видимого диапазона света с наноструктурированной поверхностью на основе углеродных нанотрубок и нановолокон // Патент РФ № 2498373 (RU 2 498 373 С2). 2013.

       Kamanina N.V., Vasiliev P.Ya, Studenov V.I. Polarizing films for the visible range of light with a nanostructured surface based on carbon nanotubes and nanofibers // RF Patent № 2498373 (RU 2 498 373 С2). 2013.

  1. Каманина Н.В., Лихоманова С.В., Васильев П.Я. и др. Изменение поверхностных свойств тонкопленочных поляризаторов с углеродными наноструктурами // Письма в ЖТФ. 2011. № 24. С. 49−56.

       Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Vasiliev P.Y. et al. Changes in the surface properties of thin-film polarizers with carbon nanostructures [in Russian] // Letters in ZHTF. 2011. № 24. P. 49−56.

  1. Лихоманова С.В., Каманина Н.В. Влияние времени йодирования на спектральные и поляризационные характеристики поливинилспиртовых поляризаторов // Письма в ЖТФ. 2024. № 14. С. 40−43. http://doi.org/10.61011/PJTF.2024.14.58309.19891

       Likhomanova S.V., Kamanina N.V. Influence of iodination time on spectral and polarization characteristics of polyvinyl alcohol polarizers [in Russian] // Letters in ZHTF. 2024. № 14. P. 40−43.

  1. Kamanina N., Fedorova L., Likhomanova S. et al. Impact of carbon-based nanoparticles on polyvinyl alcohol polarizer features: Photonics applications // Nanomaterials. 2024. № 14. P. 1−11. https://doi.org/10.3390/nano14090737
  2. Шека Е.Ф., Рожкова Н.Н. Шунгит − природная кладовая наноразмерного восстановленного оксида графена // РЭНСИТ. 2014. № 1. С. 3−17.

       Sheka E.F., Rozhkova N.N. Shungite − a natural storehouse of nanoscale reduced graphene oxide [in Russian] // RENSIT. 2014. № 1. P. 3−17.

  1. Мосин О.В., Игнатов И.И. Природный фуллереносодержащий материал шунгит в производстве строительных материалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2013. № 12. С. 28−31.

       Mosin O.V., Ignatov I.I. Natural fullerene-containing material shungite in the production of building materials [in Russian] // Building materials, equipment, technologies of the XXI century. 2013. № 12. P. 28−31.

  1. Садовничий Р.В., Михайлина А.А., Рожкова Н.Н. и др. Морфологические и структурные особенности кварца шунгитовых пород максонской залежи // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 2. С. 73–88. http://doi.org/10.17076/geo126

       Sadovnichy R.V., Mikhailina A.A., Rozhkova N.N. et al. Morphological and structural features of quartz of shungite rocks of the masonic deposit [in Russian] // Proceedings of the Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2016. № 2. P. 73–88.

  1. Chausov D.N., Kurilov A.D., Kazak A.V. et. al. Dielectric properties of liquid crystalline composites doped with nano-dimensional fragments of shungite carbon // Liquid Crystals. 2019. № 46(9). P. 1345−1352. https://doi.org/10.1080/02678292.2019.1566503
  2. Федорова Л.О., Каманина Н.В. Модификация прозрачного проводящего ITO-покрытия наночастицами шунгита // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2024. № 1. С. 5−12. http://doi.org/10.32603/2071-8985-2024-17-1-5-12

       Fedorova L.O., Kamanina N.V. Modification of a transparent conductive ITO coating with shungite nanoparticles [in Russian] // Reports of. SPbSETU "LETI". 2024. № 1. P. 5−12. http://doi.org/10.32603/2071-8985-2024-17-1-5-12

  1. Агабеков В.Е., Потапов А.Л., Шахаб С.Н. и др. Поляризаторы на основе поливинилового спирта и пленки с наночастицами серебра: получение и применение (обзор) // Полимерные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 6–35.

       Agabekov V.E., Potapov A.L., Shahab S.N. et al. Polarizers based on polyvinyl alcohol and films with silver nanoparticles: production and application (review) [in Russian] // Polymer materials and technologies. 2015. № 2. P. 6–35.

  1. Huard S. Polarization of light. NYC: Wiley, 1997. 352 p.
  2. Бутырская Е.В. Компьютерная химия: Основы теории и работа с программами Gaussian и Gaussview. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. 224 c.

       Butyrskaya E.V. Computer chemistry: Fundamentals of theory and work with Gaussian and Gaussview programs [in Russian]. M.: Solon press, 2011. 224 p.

  1. Лихоманова С.В., Зубцова Ю.А. Каманина Н.В. Поляризационные свойства йодно-поливинилспиртовых поляризаторов, сенсибилизированных оксидом графена // Оптический журнал. 2023. № 7. С. 101–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-101-106

       Likhomanova S.V., Zubtsova Y.A., Kamanina N.V. Polarization properties of iodine-polyvinyl alcohol polarizers sensitized with graphene oxide // Journal of Optical Technology. 2023. V. 90. № 7. P. 414−416. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000414

  1. Каманина Н.В., Федорова Л.О., Лихоманова С.В. Тонкопленочные поляризаторы видимого спектрального диапазона с введенными наночастицами кварца: о возможном нарушении тенденции увеличения микротвердости при наноструктурировании полимерной матрицы // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2024. № 2. С. 75−82. http://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.2.75

       Kamanina N.V., Fedorova L.O., Likhomanova S.V. Thin-film polarizers of the visible spectral range with introduced quartz nanoparticles: on a possible violation of the trend of increasing microhardness during nanostructuring of a polymer matrix [in Russian] // Liquid crystals and their practical appl. 2024. № 2. P. 75−82. http://doi.org/10.18083/LCAppl.2024.2.75

  1. Каманина Н.В., Тойкка А.С., Барнаш Я.В. и др. Эффект просветления и рельеф поверхности тонких пленок поливинилового спирта при варьировании концентрации оксида графена: возможные области применения // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2023. № 3. С. 87–97. http://doi.org/10.18083/LCAppl.2023.3.87

       Kamanina N.V., Toikka A.S., Barnash Ya.V. and others. The effect of illumination and surface relief of thin films of polyvinyl alcohol with varying concentrations of graphene oxide: possible applications [in Russian] // Liquid crystals and their practical appl. 2023. № 3. P. 87–97. http://doi.org/10.18083/LCAppl.2023.3.87