Luminofory to materiały nieorganiczne, których szczególną cechą jest zdolność emitowania światła pod wpływem stymulacji zewnętrznej wprowadzającej do układu odpowiedni nadmiar energii. Luminofory spotykamy w bardzo wielu zastosowaniach, w nowych technologiach, których używa każdy z nas. Bardzo dobrymi przykładami będą tutaj telewizory, wyświetlacze różnego rodzaju, telefony komórkowe, tzw. LEDowe latarki. Wykorzystywane są także w oświetleniu takim jak w naszych domach, biurach, bądź w nowoczesnych samochodach, na przykład reflektory LEDowe oraz ich bardziej zaawansowana forma – reflektory matrycowe, czy – jeszcze bardziej dziś rzadkie reflektory laserowe. W tych rozwiązaniach wykorzystuję się właśnie luminescencję i luminofory.
– Nie zapominajmy też o diagnostyce medycznej, gdzie sercem wielu urządzeń jest materiał luminescencyjny, czyli luminofor właśnie. To dzięki specjalnym luminoforom otrzymujemy wysokorozdzielcze, niskoszumowe, cyfrowe obrazy trójwymiarowe w takich metodach diagnostycznych, jak skanery PET, bądź komputerowa tomografia. Ale luminofory są dodawane w niewielkich ilościach nawet do niektórych proszków do prania. Jednym z potencjalnych zastosowań przyszłości jest diagnostyka połączona z terapią nowotworów, w tym na poziomie pojedynczych komórek, lub bardzo małych ich skupisk. Innym zastosowaniem przyszłości, choć wydaje się, że nieodległym jest zdalny, bezkontaktowy pomiar temperatury niepodatny na zakłócenia przez różne czynniki, na przykład przez zewnętrzne pole elektromagnetyczne, mówi prof. Eugeniusz Zych z Uniwersytetu Wrocławskiego związany z projektem „Nowe wydajne luminofory do oświetleń i koncentratorów słonecznych”.
Granaty są wybrane jako grupa materiałów o analogicznej strukturze krystalicznej.
– Granaty to grupa związków chemicznych o dużej trwałości, odpornych na wysokie temperatury, chemicznie stabilnych, a przy tym w większości stosunkowo łatwych do otrzymania. Wprowadzamy do ich struktury tzw. aktywatory – niewielkie ilości pierwiastków chemicznych, które nadają tak wytworzonym luminoforom oczekiwanych, zaprojektowanych właściwości. Pewne ich cechy powodują, że można „dostarczać” do nich energię w postaci promieniowania z zakresu nadfioletu, ale łatwo generowanego. Mowa tutaj o długości fali około 270-300 nm. Proste, także miniaturowe, źródła takiego promieniowania są dostępne. Dzięki temu docelowo redukujemy koszty. Naszym celem jest opracowanie luminoforów użytecznych do pomiaru temperatury, czyli po prostu termometrów luminescencyjnych. Trwałych i o dużej uniwersalności co do możliwych zastosowań. Są ku temu dobre podstawy by twierdzić, że luminescencyjna technika pomiaru temperatury ma wszelkie szanse odegrać ważną rolę w termometrii bezkontaktowej, dziś zdominowanej przez techniki pirometryczne, mówi prof. Zych, odpowiedzialny za projekt „Oparte na granatach ratiometryczne nanotermometry luminescencyjne o najwyższych osiągach dla wysokorozdzielczych aplikacji”.
– Celem projektu jest w pierwszej kolejności naukowe poznanie i zrozumienie możliwości pomiaru temperatury z wykorzystaniem luminescencyjnych granatów z dużą dokładnością (małym błędem) i czułością, a przy tym w szerokim zakresie temperatur. W tej chwili doszliśmy do zakresu 10-700 K, ale ograniczenie wynika jedynie z braku możliwości takich badań w jeszcze wyższych temperaturach w naszym laboratorium. Problem już rozwiązaliśmy, bo mamy kolegów w różnych krajach, którzy doceniają nasze badania. Mój przyjaciel prof. Andries Meijerink z Utrechtu wyraził chęć szybkiego rozpoczęcia współpracy z moją grupą w tym temacie. Cieszy nas to bardzo, bo zamierzamy pokazać, że nasze termometry mogą pracować nawet powyżej 1000 K. Mamy powody do takiego optymizmu, mówi naukowiec.
Na pewno bardzo istotną kwestią jest określenie parametrów termometrów luminescencyjnych. Jak się to robi?
– Są różne szkoły. Moja grupa w jednym jest z pewnością tradycyjna – ponad wszystko preferujemy solidność i jakość. Nasze badania przez to trwają czasem dłużej, ale chcemy być absolutnie pewni tego, co prezentujemy na konferencjach, czy w publikacjach. Współpracujemy – ku obopólnemu zadowoleniu – z bardzo ważną w tej dziedzinie badań grupą z Portugalii prowadzoną przez prof. Luisa D. Carlosa. To jedna z najważniejszych osób w dziedzinie termometrii luminescencyjnej na świecie. Oprócz standardowych eksperymentów – pomiaru zmian kilku cech/właściwości potencjalnego termometru luminescencyjnego od temperatury – pokazaliśmy ostatnio, że uzupełnienie badań o wcześniej nie wykorzystywane przy okazji charakteryzowania termometrów luminescencyjnych techniki pomiarowe, na przykład termoluminescencję, pozwala na dużo lepsze zrozumienie ich działania. Co więcej daje szansę na ulepszenie naszych termometrów. Dzięki bardzo dobrze wyposażonym laboratoriom zespołu badawczego oraz wysokim kwalifikacjom i zaangażowaniu moich współpracowników nasze badania są wielokierunkowe, można powiedzieć: kompletne.
Sebastian Wach
