O Instytucie

Tytuł: Second-Coordination-Sphere Cation Substitution as a Tool for Controlling Phase Transitions and Performance of the Luminescence Thermometry

Autorzy: M. T. Abbas, M. Szymczak, M. Fandzloch, D. Szymanski, A. Sieradzki, L. Marciniak*

Czasopismo:  Chemistry of Materials

DOI: 10.1021/acs.chemmater.6c00512

Jednym z głównych ograniczeń termometrów luminescencyjnych bazujących na strukturalnym przejściu fazowym jest ich z natury wąski termiczny zakres pracy. Nasze wcześniejsze badania wykazały, że domieszkowanie jonami lantanowców umożliwia regulację temperatury przejścia fazowego, a tym samym dostosowanie zakresu pracy takiego termometru. Jednakże, ze względu na niewielką różnicę promieni jonowych pomiędzy kationem matrycy (w tym konkretnym przypadku jonów Y³⁺ w LiYO₂:Eu³⁺) a jonami lantanowców, uzyskanie istotnego przesunięcia temperatury przejścia fazowego wymaga stosunkowo wysokich stężeń domieszek.

W niniejszej pracy wykazaliśmy, że podstawienie jonów Li⁺ jonami Na⁺ stanowi nie tylko rozwiązanie bardziej ekonomiczne, ale przede wszystkim bardziej efektywne. Ze względu na znaczącą różnicę promieni jonowych pomiędzy Li+ i Na⁺, znacznie niższe stężenia domieszki są wystarczające do uzyskania istotnych zmian w zakresie pracy temperaturowej termometru.

Jednocześnie badania dostarczają istotnych informacji na temat strukturalnych konsekwencji takich modyfikacji. Wprowadzenie jonów Na⁺ prowadzi do zwiększenia nieuporządkowania składu oraz lokalnych naprężeń w sieci krystalicznej, co zmniejsza różnicę entalpii pomiędzy konkurującymi fazami i osłabia kooperatywny charakter transformacji strukturalnej. W rezultacie pierwszorzędowy charakter przejścia fazowego ulega osłabieniu.

Uzyskane wyniki wskazują na istnienie fundamentalnego kompromisu: chociaż inżynieria składu umożliwia skuteczne dostosowanie zakresu pracy temperaturowej, prowadzi jednocześnie do obniżenia względnej czułości. Praca ta dostarcza zatem zarówno praktycznej strategii projektowania materiałów, jak i pogłębionego zrozumienia zależności pomiędzy nieuporządkowaniem strukturalnym a właściwościami termometrycznymi w układach luminescencyjnych bazujących na przejściach fazowych.

Badania te zostały sfinansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach projektu UMO-2022/45/B/ST5/01629.