Neorganisko nanomateriālu struktūras un elektronisko procesu izpēte optisko sensoru izstrādei

A. Siliņš
 

Projekta ietvaros veikta dažādu materiālu izpēte. Padarītos darbus var iedalīt vairākās daļās.

a) Nanomateriālu sintēze un apstrāde.  Nanomateriālu sintēze un pēcapstrāde būtiski iespaido šo materiālu optiskās īpašības. Variējot ar dažādām sintēzes un pēcapstrādes metodēm tiek meklēti optimālie varianti uz nanostrukturētiem materiāliem balstītu optisko sensoru izveidei.

b) Sintezēto un iegūto paraugu īpašības tika pārbaudītas novērojot un salīdzinot to fotoluminiscences, katodluminiscences, rentgenluminiscences, termoluminiscences un luminiscences kinētiku mērījumus.

c) iegūto rezultātu analīze un apspriešana. Veikta rezultātu analīze, lai izskaidrotu un saprastu dažādos procesus un to atšķirības nanostrukturētos materiālos.

d) Eksperimentālajiem darbiem paralēli tika veikta iekārtu uzlabošana un mērījumu metožu pilnveidošana.

Projektā plānotie 2007.gada uzdevumi ir izpildīti un papildus tam veikts darbs metodikas un eksperimentālo iespēju paplašināšanai. Viens no pētītajiem materiāliem ir cirkonija oksīds. Projekta ietvaros pētīti 10 ZrO2 paraugi ar dažādām Eu koncentrācijām un 5 ZrO2 paraugi aktivēti ar Pr.

 

Projektu izpildot ir veikts ne tikai zinātniski eksperimentālais darbs, strādāts arī pie jaunas mērīšanas tehnikas apguves un mērījumu metodikas izstrādes, kas nodrošina jaunas informācijas un precīzāku rezultātu ieguvi eksperimentos.  Kā vienu var minēt ar LU zinātnes infrastruktūras attīstības projekta atbalstu iepirktā slēgtā cikla hēlija kriostata montāžu iekārtā, palaišanu un pārbaudi. Pašreiz kriostats  ir uzstādīts un palaists darbībā un aktīvi tiek izmantots eksperimentos lai veiktu luminiscences pētījumus pie zemām temperatūrām (12K).

 


1.Zīm. Eu3+ luminiscence joslas 613nm intensitātes atkarība no Eu koncentrācijas.

 


2.Zīm. ZrO2:Eu luminiscences spektrs nanokristāliem ar dažādu Eu koncentrāciju.

 

Kā nākamo projekta ietvaros pētīto materiālu jāmin CaWO4. Projekta ietvaros tika sintezēti CaWO4 nanopulveri ar sol-gel metodi. Iegūto nanopulveru luminiscences raksturojumi tika pētīti SUPERLUMI sinhrotrona stacijā DESY Hamburgā. Pašvielas luminiscences ierosmes spektri ir attēloti zīmējumā. Ir redzams kā iegūtie ierosmes spektri dažādiem CaWO4 nanopulveriem ir dažādi un stipri atkarīgi no sol-gel sintēzes parametriem. Mums izdevās noteikt sol-gel sintēzes optimālos parametrus pie kuriem nanokristāliskā CaWO4 luminiscences īpašības pat labākas nekā CaWO4 makropulveriem un/vai monokristāliem (sk. ierosmes spektru AK0008 paraugam 3. zīmējumā).

 


3. Zīm. CaWo4 nanokristālu luminescence ierosmes spektrs

 

Eksperimentāli iegūtie dati labi aproksimējas ar Bolcmana sadalījumam raksturīgo eksponenciālo funkciju. Oksifluorīdu stikls varētu būt pielietojams kā temperatūras sensors temperatūru apgabalā 150 K – 600 K. Jāatzīmē, ka mūsu sintezētajā oksifluorīdu stiklā „up-converison” luminiscences novērošanai nepieciešamais infrasarkanās gaismas jaudas blīvums ir vismaz par kārtu mazāks nekā līdzīgos silikātu materiālos.