Termometria luminescencyjna w bliskiej podczerwieni oparta na aktywowanych TM podwójnych perowskitach
Typ projektu: MOST - NAWA
Kierownik projektu po stronie PL: prof. dr hab. Łukasz Marciniak
Kierownik projektu po stronie ChRL: dr Zhang Xinguo, Southern Medical University, Guangzhou
Opis projektu:
Temperatura jest podstawowym parametrem fizycznym, niezbędnym zarówno w badaniach naukowych, jak i w codziennych zastosowaniach. Jako takie, czujniki temperatury dominują w prawie 80% globalnego rynku czujników. Jednak tradycyjne metody pomiaru temperatury - takie jak termopary i termometria promieniowania cieplnego - mają trudności ze spełnieniem wymagań nowoczesnych zastosowań, szczególnie w ekstremalnych środowiskach obejmujących wysokie temperatury, szybkie stany przejściowe, wymiary mikro/nanoskalowe lub tkanki biologiczne. Ograniczenia te podkreślają potrzebę zaawansowanych, bezkontaktowych, wysoce czułych i szybko reagujących technologii termometrycznych. Termometria fluorescencyjna wyłoniła się jako obiecująca alternatywa ze względu na jej nieinwazyjne, zdalne możliwości wykrywania i szybkie czasy reakcji. Chociaż termometria luminescencyjna jest nadal na wczesnym etapie wdrażania komercyjnego i standaryzacji metrologicznej, ma potencjał, aby zastąpić konwencjonalne techniki w szerokim zakresie zastosowań. Centralnym elementem tej technologii są luminescencyjne materiały wykrywające temperaturę, których właściwości optyczne - określone przez interakcję między matrycą gospodarza a domieszkowanymi centrami luminescencyjnymi - regulują zarówno mechanizm, jak i czułość odczytu temperatury. Obecne termometry luminescencyjne często opierają się na materiałach domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich, szczególnie w przypadku pomiaru ratiometrycznego typu Boltzmanna. Podczas gdy te systemy oferują przewidywalne zachowanie kalibracji, ich wydajność jest zwykle ograniczona przez niską względną czułość, określoną przez ustaloną przerwę energetyczną między poziomami emisji. Ponadto jony pierwiastków ziem rzadkich emitują głównie w obszarze widzialnym, co czyni je mniej odpowiednimi do zastosowań biomedycznych lub głębokich tkanek, w których preferowana jest luminescencja w bliskiej podczerwieni (NIR) ze względu na jej niskie rozpraszanie i wysoką penetrację tkanek. Ponadto w istniejącym zbiorze prac brakuje powszechnie akceptowanego wyjaśnienia mechanizmu wykrywania temperatury w tych materiałach, a niepewność dotyczy roli procesów transferu energii i efektów sieciowych gospodarza. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, opracowanie nowych materiałów luminescencyjnych emitujących NIR - szczególnie tych opartych na jonach metali przejściowych - stało się priorytetem badawczym. W tym kontekście nasza niedawna praca wykazała, że domieszkowanie jonami Ni2+ i Cr3+ podwójnych matryc tlenkowych perowskitu daje materiały o wysokiej wydajności kwantowej i szerokiej emisji NIR. Opierając się na tym fundamencie, obecny projekt ma na celu systematyczne badanie właściwości luminescencyjnych podwójnych tlenków perowskitu domieszkowanych metalami przejściowymi w różnych reżimach temperaturowych. Parametry widmowe, takie jak długość fali emisji, intensywność, poszerzenie pasma i czasy rozpadu, zostaną przeanalizowane w celu odkrycia mechanizmów odpowiedzi na temperaturę.
Oczekiwane rezultaty obejmują projektowanie i syntezę nowych materiałów wrażliwych na zmiany temperatury, porównawczą ocenę ich wydajności termometrycznej w różnych parametrach widmowych oraz mechanistyczne spostrzeżenia na temat ich zależnego od temperatury zachowania optycznego. Praca ta ma znaczącą wartość akademicką i praktyczną, oferując podstawy techniczne i odniesienia empiryczne dla przyszłego rozwoju termometrii opartej na fluorescencji. Przyczynia się również do szerszego celu rozszerzenia stosowalności termometrii luminescencyjnej w takich dziedzinach jak biomedycyna, nanotechnologia i monitorowanie ekstremalnych środowisk.
