O Instytucie

Tytuł: Bifunctional Luminescent Thermometer-Manometer Based on Cr³⁺–Cr³⁺ Pair Emission

Autorzy: M. Szymczak, A. Antuzevics, P. Rodionovs, M. Runowski, U. R. Rodríguez-Mendoza, D. Szymanski, V. Kinzhybalo, L. Marciniak

Czasopismo: ACS Applied Materials & Interfaces

DOI: 10.1021/acsami.4c11806

W niniejszej pracy grupa prof. Marciniaka wraz ze współpracownikami przeprowadziła badania dotyczące wykorzystania różnicy w termicznej i ciśnieniowej zależności właściwości spektroskopowych jonów Cr³⁺ i par Cr³⁺-Cr³⁺ do termometrii i manometrii luminescencyjnej. Dzięki zastosowaniu CaAl₁₂O₁₉:Cr³⁺ w którym obserwowane są 3 różne położenia krystalograficzne zajmowane przez jony Cr³⁺ możliwe było jednoczesne zaobserwowanie luminescencji ²E→⁴A₂ i 4T₂→⁴A₂ jonów Cr³⁺ oraz pasma ⁴A₂,⁴T₂ → ⁴A₂,⁴A₂ par Cr³⁺. Przeprowadzone badania wysokociśnieniowe ujawniły nietypowe zachowanie jonów Cr³⁺. Stwierdzono, że pozycja spektralna dla pasma ⁴A₂, ⁴T₂ → ⁴A₂, ⁴A₂ par Cr³⁺-Cr³⁺ pozostaje niemal niewrażliwa na zmiany ciśnienia do 7 GPa. Z drugiej strony, pasmo ²E → ⁴A₂ jonów Cr³⁺ ulega monotonicznemu przesunięciu spektralnemu wraz ze wzrostem ciśnienia wynikającemu ze zmian kowalencyjności wiązania Cr³⁺-O^2-. Dlatego stosunek intensywności luminescencji w dwóch proponowanych zakresach spektralnych wykazywał monotoniczną zmienność wraz ze zmianami ciśnienia, osiągając maksymalną względną czułość 70% GPa^-1 przy 0,05 GPa. Warto zauważyć, że proponowany stosunek intensywności luminescencji (LIR) nie wykazuje wysokiej wrażliwości na zmiany temperatury z parametrem TIMF wynoszącym 150 K GPa^-1. Dodatkowo, termiczna populacja poziomu ⁴T₂ dla Cr³⁺ skutkuje sukcesywnym wzrostem intensywności tego pasma wraz ze wzrostem temperatury. Odwrotna monotoniczność termiczna intensywności tego pasma w stosunku do pasma ²E → ⁴A₂ dla Cr³⁺ umożliwia opracowanie ratiometrycznego termometru luminescencyjnego o czułości 1% K^-1 w temperaturze 180 K. Jest to pierwszy jak dotąd opisany manometr luminescencyjny wykorzystujący luminescencję par Cr³⁺-Cr³⁺.

Przedstawione prace były finansowane w ramach projektu NCN Opus UMO- 2020/37/B/ST5/00164