O Instytucie

Tytuł: Spectro-Temporal Ratiometric Strategy for Thermally Invariant Optical Manometry

Autorzy: K. Su, M. Szymczak, L. Mei, X. Pan, G. Zhang, M. Runowski, P. Woźny, Q. Guo, L. Liao, Z. Peng, L. Marciniak*

Czasopismo: Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202522909

Optyczna manometria umożliwia zdalny pomiar ciśnienia, jednak jej dokładność wciąż ograniczana jest przez dryf temperaturowy - zjawisko, w którym rozszerzalność cieplna oraz relaksacja niepromienista zniekształcają widma luminescencji luminoforu i jej kinetykę. W niniejszej pracy opracowano spektro-czasowe podejście ratiometryczne, które łączy kanały luminescencji w dziedzinie widmowej oraz czasowo bramkowanej, pozwalając na rozdzielenie odpowiedzi na zmiany ciśnienia i temperatury oraz realizację optycznej manometrii odpornej na wpływ temperatury.

Zastosowanie domieszki Cr³⁺ w sztywnej sieci krystalicznej Y₃In₂Ga₃O₁₂ (o wysokim stosunku Dq/B ≈ 2,2) pozwala ograniczyć wrażliwość temperaturową S_R,T, natomiast detekcja ratiometryczna zapewnia stabilność czułości na ciśnienie S_R,p. Opracowany współczynnik manometryczny niewrażliwości termicznej (TIMF), zdefiniowany jako stosunek S_R,p/S_R,T, osiąga wartość około 7700 K·GPa^-1 w dziedzinie widmowej i 2500 K·GPa^-1 w dziedzinie czasowej, przy czym czułość na ciśnienie S_R,p dochodzi do 51%·GPa^-1.

Osiągnięte wartości przewyższają standardy rubinowe o dwa rzędy wielkości oraz przekraczają możliwości klasycznej analizy czasów życia luminescencji nawet 40-krotnie. Dzięki temu możliwe staje się precyzyjne optyczne mapowanie ciśnienia w warunkach ekstremalnych obciążeń termomechanicznych. Praca ta przesuwa luminescencyjną manometrię z poziomu metod empirycznych w stronę ilościowego i niezawodnego modelu detekcji w waunkach jednoczesnych zmian ciśnienia i temperatury.

Szczegóły tych badań opublikowano w czasopiśmie Advanced Materials.

Badania te były finansowane w ramach projektu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej First Team FENG.02.02-IP.05-0018/23 w ramach programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG).