Co-doping von Übergangsmetallen in Lanthanoid-basierten Phosphoren zur Steigerung der Lichtemission als Grundlage für helle, abstimmbare Thermometer.
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Lumineszenz-Thermometer auf der Basis von Lanthanid-Ionen können robuste, berührungslose Temperaturmessungen in Systemen ermöglichen, die ein breites Spektrum von Größenordnungen abdecken, von Nanothermometrie in biomedizinischen Anwendungen bis zur Abbildung der Oberflächentemperatur von Motorkomponenten. Dieses Projekt erforscht ein Konzept zur Entwicklung heller und temperaturempfindlicher Lumineszenz-Thermometrie auf Lanthanidenbasis, basierend auf der Zugabe optisch aktiver Übergangsmetall-Ionen. Es werden drei Systeme untersucht: Mn4+/Tb3+, V3+/Eu3+ und Cr3+/(Nd3+,Er3+): Das genutzte Übergangsmetall hat in jedem System einen spezifischen Einfluss auf die Temperatursensitivität. Kostengünstige Abbildungssysteme, die diese thermometrischen Mechanismen nutzen, werden ebenfalls vorgeschlagen und demonstriert. Um die Helligkeit zu bewerten wird eine Methode zur Bestimmung der absoluten Emissionsintensität von co-dotierten Partikeln auf Grundlage der Partikeldispersion angewandt. So kann unter anderem durch Co-Dotierung mit Cr3+ die Emissionsintensität von Nd3+ in YAG unter Weißlichtanregung um das 30-fache erhöht werden. Um weitere Einblicke in den Sensibilisierungsprozess zu gewinnen, wird eine Methode zur Bestimmung des Absorptionsquerschnitts des Sensibilisator-Ions vorgeschlagen und validiert. Sie kombiniert Messungen der absoluten Intensität und der Quanteneffizienz der Aktivatoremission bei Anregung im Sensibilisatorband. Bei der Untersuchung des Materials in Form von Pulver oder Suspension werden unterschiedliche Verstärkungsfaktoren beobachtet. Es konnte gezeigt werden, dass die Dotierstoffkonzentration, die die höchste Helligkeit liefert, signifikant unterschiedlich ist. Beim Vergleich der im Pulver gemessenen Helligkeit, der Quanteneffizienz und den Absorptionskoeffizienten zeigt sich, dass die Menge der absorbierten Photonen in den Pulvern nicht direkt proportional zum Absorptionsquerschnitt der lumineszierenden Partikel ist. Die sublineare Abhängigkeit folgt einem Exponenten von etwa 0,4. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Entwicklung heller Thermometer systematische Messungen im optisch dünnen Zustand in den Optimierungsprozess einbezogen werden sollten, wie zum Beispiel die in diesem Projekt vorgeschlagenen Methoden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Thermochromic Luminescent Nanomaterials Based on Mn4+/Tb3+ Codoping for Temperature Imaging with Digital Cameras. ACS Applied Materials & Interfaces, 12(39), 44039-44048.
Piotrowski, Wojciech; Trejgis, Karolina; Maciejewska, Kamila; Ledwa, Karolina; Fond, Benoit & Marciniak, Lukasz
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Two line excitation 2D phosphor thermometry using low power LEDs. In GRC Connects: Laser Diagnostics in Energy and Combustion Science; online ( 2020).
Dalipi, Linda
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Self‐Referenced Temperature Imaging with Dual Light Emitting Diode Excitation and Single‐Band Emission of AVO4:Eu3+ (A=Y, La, Lu, Gd) Nanophosphors. Advanced Photonics Research, 3(6).
Piotrowski, Wojciech; Dalipi, Linda; Elzbieciak-Piecka, Karolina; Bednarkiewicz, Artur; Fond, Benoit & Marciniak, Lukasz
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The role of Cr3+ and Cr4+ in emission brightness enhancement and sensitivity improvement of NIR-emitting Nd3+/Er3+ ratiometric luminescent thermometers. Journal of Materials Chemistry C, 9(37), 12671-12680.
Piotrowski, W.; Dalipi, L.; Szukiewicz, R.; Fond, B.; Dramicanin, M. & Marciniak, L.
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A 2D temperature imaging system based on two low-power low-cost LEDs for excitation and a single low speed camera for detection_. In International Conference on Phosphor Thermometry, Magdeburg, Germany ( 2022).
Dalipi, Linda
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Cr3+ ions as an efficient antenna for the sensitization and brightness enhancement of Nd3+, Er3+-based ratiometric thermometer in GdScO3 perovskite lattice. Journal of Alloys and Compounds, 923, 166343.
Piotrowski, W.M.; Maciejewska, K.; Dalipi, L.; Fond, B. & Marciniak, L.
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Luminescence particle brightness assessment in diluted and agglomerated states . In 21th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids; Wroclaw Poland ( 2022).
Dalipi, Linda
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Investigating the role of particle aggregation state in phosphor emission brightness. In International Conference on Luminescence, Paris, France ( 2023).
Dalipi, Linda
