초록 ▼

시아닌 염료는 레이저 염료 및 피코초 레이저의 포화흡수체로 널리 사용된다. 시아닌 염료는 발색사슬이 갖는 큰 편극성으로 인해 생긴 강한 분산력 때문에, 진한 수용액이나 염용액 혹은 표면에서 쉽게 응집한다. 이러한 시아닌 염료의 응집체는 필름의 감광제의 주요한 역할을 하고 있다. 즉, 응집체는 전자-홀 쌍이 생성된 후에 빛을 흡수하고, 전자는 염화은의 전도띠로 운반되고 홀은 응집체에 갇히게 된다. 뿐만아니라, 큰 비선형 광학 계수를 갖는 염료 분자의 응집체는 고분자 형태로 만들 수 있으며, 이러한 고분자의 박막은 뛰어난 비선형

시아닌 염료는 레이저 염료 및 피코초 레이저의 포화흡수체로 널리 사용된다. 시아닌 염료는 발색사슬이 갖는 큰 편극성으로 인해 생긴 강한 분산력 때문에, 진한 수용액이나 염용액 혹은 표면에서 쉽게 응집한다. 이러한 시아닌 염료의 응집체는 필름의 감광제의 주요한 역할을 하고 있다. 즉, 응집체는 전자-홀 쌍이 생성된 후에 빛을 흡수하고, 전자는 염화은의 전도띠로 운반되고 홀은 응집체에 갇히게 된다. 뿐만아니라, 큰 비선형 광학 계수를 갖는 염료 분자의 응집체는 고분자 형태로 만들 수 있으며, 이러한 고분자의 박막은 뛰어난 비선형 광학 성질을 나타낸다고 알려져 있다. 또한, 시아닌 염료 응집체는 비교적 잘 정렬된 구조를 갖고 있기 때문에, 반도체 전극이나 염화은 전극 에멀젼의 감광제로 혹은 생물학적 빛흡수체의 이상적 모형으로써 종종 사용된다. 시아닌 염료의 단위체 및 응집체의 분광학적 특성 연구는 흡수분광학, 형광분광학, 및 극초단 레이저 분광학을 사용하여 시아닌 염료 중에서도 알킬 사슬의 길이가 다른 1,1'-diethyl-2,2'-cyanine(pseudoisocyanine)과 1,1'-diethyl-2,2'-carbocyanine 그리고 1,1'-diethyl-2,2'-dicarbocyanine과 여러 oxacyanine, thiacyanine 등의 단위체 및 응집체의 광학적 특성을 연구하는 것을 목적으로 한다. 먼저 수용액에서의 1,1'-diethyl-2,2'-cyanine iodide, 1,1'-diethyl-2,2'-carbocyanine iodide(DCI) 그리고 1,1'-diethyl-2,2'-dicarbocyanine iodide(DDI) 이합체 형성의 평형상수 및 열역학적 함수를 구하였고 단위체 보다 장파장에서 흡수띠를 보여주는 J-응집체의 형성을 처음으로 관찰하였다. 여러 시아닌 분자의 단위체의 형광 스펙트럼을 조사한 결과 광이성질체의 형광 스펙트럼을 얻었으며 광이성질체의 생성 양자 효율이 여기 파장이 짧아짐에 따라 증대되며, 광이성질체의 형광은 정상 형태의 형광 흡수에 의해 생성됨을 규명하였다. DDI, 2,2'-diethyl-oxadicarbocyanine iodide(DODCI) 및 2,2'-diethyl-thiadicarbocyanine iodide(DTDCI)의 피코초 시분해 형광 스펙트럼 및 바닥 상태의 여기 순간 스펙트럼을 측정하여, 정상 형태 및 광이성질체의 여기 상태의 수명을 구하였고, DODCI와 DTDCI는 1개 이상의 conformer가 광이성 질화에 의해 형성됨을 제안하였다. 이와 같은 연구결과는 시아닌 분자가 모드 록킹 색소 레이저의 염료도 사용되어온 원리를 규명함으로써 색소 레이저의 기능 향상에 기여하리라 기대된다. 또한, 시아닌 분자의 응집 현상에 대한 열역학적 데이터 및 새로운 응집 현상의 발견은 응집현상과 분자의 구조와의 관련성을 이해하는데 도움을 줄 것이며, 감광제 또는 비선형 물질 개발에 참고 자료가 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼

The cyanine dyes are best known for their use as saturable absorbers in mode-locked laser systems. The aggregates of cyanine dye are formed in aqueous solution at high concentrations, in concentrated salt solution, and on surfaces. Aggregation occurs because of the strong dispersion forces associ

The cyanine dyes are best known for their use as saturable absorbers in mode-locked laser systems. The aggregates of cyanine dye are formed in aqueous solution at high concentrations, in concentrated salt solution, and on surfaces. Aggregation occurs because of the strong dispersion forces associated with the high polarizability of the chromophoric chain. Aggregates of dye molecule bound to silver halide play also an important role in the photographic process by sensitizing the silver halide emulsion to appropriate wavelength of light. Here the aggregate also captures light after which an electron-hole pair is generated. The electron is transferred to the conduction band of silver halide and the hole is trapped in the aggregates. It has been shown that aggregates of dye molecules with large non-linear optical coefficients can be formed in polymers and that thin films of such polymer exhibit significant non-light harvesting arrays in biological systems because the molecules are in well-defined structures. In view of the importance of aggregates in many branches, we have initiated a spectroscopic study of cyanine dye monomer and aggregates. Our initial study is on the aggregation of carbocyanine dye molecules such as 1,1'-diethyl-2,2'-cyanine(pseudoisocyanine), 1,1'-diethyl-2,2'-carbocyanine iodide(DCI), and 1,1'-diethyl-2,2'-dicarbocyanine iodide(DDI). We obtained the equilibrium constants and the enthalpy and entropy changes for dimerization process from the results of absorption spectrum measurement. It is first shown that cyanine dye can form J-aggregates. The steady-state fluorescence spectrum for several cyanine dyes has been measured as a function of concentration and excitation wavelength, confirming that radiative energy transfer does occur between the normal form and the photoisomer and the quantum yield for the photoisomer formation is increased as increasing the photon energy. We measured excited singlet lifetime by using picosecond time correlated single photon counting(TCSPC) technique and ground state depletion/recovery of DDI, 2,2'-diethyloxadicarbocyanine iodide(DODCI), and 2,2'-diethylthiadicarbocyanine iodide(DTDCI). The lifetime of normal form and photoisomer is derived. It is suggested more than one conformer can be produced from the excitation of normal form. These results provide the understanding for the optical properties of cyanine dye, therefore contribute to the development of mode-locked dye laser system. We also expect that the chemical and structural dependences of cyanine photoisomerization would help in gaining predictive controls over these processes.