O Instytucie

Tytuł: Scintillating and Photoluminescent Ratiometric and Visual Luminescence Thermometry Based on the Ce3+-Doped Eutectic Structures

Autorzy: K. Bartosiewicz, M. Szymczak, M. Yoshino, T. Horiai, R. Tomala, J. Zeler, A. Owczarek, D. Szymanski, M. E. Witkowski, V. Jarý, W. Drozdowski, E. Zych, A. Yoshikawa, L. Marciniak

Czasopismo: ACS Applied Materials & Interfaces

DOI: 10.1021/acsami.5c16426   

Badania przeprowadzone we współpracy między Instytutem Fizyki Czeskiej Akademii Nauk (Czechy), Centrum Inkubacji Nowych Przedsiębiorstw (Japonia), Narodowym Instytutem Zaawansowanych Technologii Przemysłowych (Japonia), Uniwersytetem Wrocławskim (Polska), Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu (Polska) oraz Instytutem Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN (M. Szymczak, R. Tomala, D. Szymanski i L. Marciniak) przedstawiają nową klasę kryształów eutektycznych YAG-YAP domieszkowanych Ce3+, posiadających zintegrowane funkcje fotokonwersji i odczytu temperatury. Materiały te są wytwarzane poprzez kierunkowe krzepnięcie z kontrolowaną prędkością (0,1-0,9 mm/min), co pozwala na precyzyjne dostrojenie ich mikrostruktury i rozkładu domieszki.
Eutektyki tworzą kompozyt warstwowy faz YAG (granat) i YAP (perowskit). Jony Ce3+ preferencyjnie włączają się do domen YAG, szczególnie przy wyższych prędkościach wzrostu. Prędkość krzepnięcia ma bezpośredni wpływ na wielkość domen i właściwości optyczne: wolniejsze prędkości powodują powstawanie większych domen i wyższą transmisję światła niebieskiego przez YAP, podczas gdy szybsze prędkości zwiększają rozpraszanie i absorpcję. Umożliwia to kontrolę nad skorelowaną temperaturą barwową (CCT) emitowanego światła.
Oprócz fotokonwersji materiał ten oferuje możliwość dwumodowego odczytu temperatury za pomocą termometrii luminescencyjnej, działającej zarówno w trybie fotoluminescencji, jak i scyntylacji wywołanej promieniowaniem rentgenowskim. Czułość termiczna zmienia się w zależności od trybu wzbudzenia, osiągając do 1,1% K-1 w przypadku scyntylacji. Wykrywanie oparte na scyntylacji umożliwia również pasywne monitorowanie temperatury bez zewnętrznych źródeł światła, aktywowane promieniowaniem jonizującym.
Ta integracja zależnego od morfologii dostrajania optycznego i specyficznego dla danej modalności wykrywania temperatury sprawia, że kryształy eutektyczne nadają się do stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze lub bogatych w promieniowanie wysokoenergetyczne.
Szczegóły tych badań zostały opublikowane w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces.