Jauni ilgspīdoši materiāli – sarkanas gaismas starotāji (2020-2022)

Projekta īstenošanas laiks: 01.01.2020. – 31.12.2022.

Projekta īstenošanas vieta: Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI )

Izpildītāju komanda. Projekta izpildei ir izveidota 10 pētnieku komanda no LU CFI Spektroskopijas  laboratorijas darbiniekiem, ko veido 3 pieredzes bagāti pētnieki, 5 jaunie pētnieki, no tiem trijiem ir piešķirts doktora grāds, bet divi  strādā pie sava doktora darba pētījumiem. Bez tam projekta izpildē ir iesaistīti 2 studenti, kas izstrādā savus bakalaura un maģistra darbus. Projekta zinātniskā vadītāja -  Baiba Bērziņa (Dr. habil. phys.).

Par projektu.

Projekta mērķis ir izstrādāt jaunus un efektīgus ilgspīdošus materiālus, kas izstaro sarkano gaismu, un izveidot no tiem ilgspīdošus kompozītmateriālus.

Izvēlētie materiāli ietver salikto metālu oksīdu keramikas, tādas kā MgSiO3 un citas, kas satur sarkanu gaismu starojošus jonus (Mn2+) kopā ar dažiem citiem metāla M joniem (M=Al3+,Ga3+, In3+ ), kas ir nepieciešami, lai nodrošinātu starojuma ilgspīdēšanu. Paredzētās aktivitātes ir iedalāmas divās daļās. Pirmā daļa ietver: 1) materiālu izgatavošanu, 2) materiālu struktūras un sastāva raksturošanu un 3) detalizētu materiālu spektrālo īpašību izpēti, piesaistot arī EPR (elektronu paramegnetiskā rezonance) mērījumus. Otrā pētījumu daļa ir veltīta jauno materiālu pielietojuma izvērtēšanai. Tā ietver jaunu ilgspīdošu kompozītmateriālu izvedi, izmantojot pētījumu pirmajā daļā sintezētos un izpētītos materiālus, lai radītu pārklājumus metāliskām detaļām, kas spīdētu tumsā. Šajos pētījumos ir ieinteresēti Latvijas mazā uzņēmuma SIA “Lumininight” pārstāvji, ar kuriem projekta realizētājiem ir neformāla sadarbība. Otrā pētījumu daļā ir paredzētas sekojošas aktivitātes: 4) Sarkanu gaismu starojošu ilgspīdošu kompozītmateriālu izgatavošana (bez sarkanās gaismas arī citu krāsu redzamās gaismas starojums ir aktuāls), kas ietver arī attiecīgas saistvielas izvēli, kas veido matricu, kurā tiks homogēni izvietotas luminiscējošās vielas polikristāliskās daļiņas. 5) Izveidotā kompozīta detalizēts spektrālais raksturojums. 6) Prototipa izveidošana, lai demonstrētu kompozīta iespējamu pielietošanu metālisku detaļu pārklāšanai, kas var spīdēt tumsā. 7) Sarkanu gaismu ilgspīdoša kompozītmateriāla patentēšana (Latvijas patents).

Projekta sekmīgas realizēšanas noteikumi. LU CFI pētniekiem ir pieejama visa nepieciešamā aparatūra projekta realizēšanai. Bez tam, pētnieku rīcībā ir atjaunotas laboratoriju telpas, kas nodrošina nepieciešamos darba apstākļus. Viss tas kopā rada pievilcīgu vidi pētījumu veikšanai, kas jo sevišķi svarīgi ir studentu piesaistei un ievirzei darbam zinātnē.

Esošais stāvoklis. Projekta izpildes gaitā ir palielinājies pētāmo materiālu klāsts, tajā iekļaujot: Mg2SiO4:Mn; Ca2SnO4:Al; Ca2SnO4:La, kas staro zilu un sarkanu ilgspīdošu luminiscenci, un arī Mg2Si1-xGexO4 ar Mn piemaisījumu, kas staro sarkanu ilgsīdošu gaismu. Bez tam, tika atrasts, ka AlN keramikai, kas ir veidota gan ar, gan bez speciāliem piemaisījumiem, piemīt ilgspīdoša materiāla īpašības. Tādēļ AlN ir ietverts pētāmo materiālu sarakstā.

Patreiz ir iegūta plaša informācija par pētāmo materiālu spektrālām īpašībām, kas ir attiecināma uz fundamentālās fizikas jomu un mēs esam ķērušies pie kompozītmateriālu izstrādes. Materiālu izstrāde un spektrālie pētījumi turpinās.

Daļa no iegūtiem rezultātiem ir ietverta divās zinātniskās publikācijās. Par pētījumu rezultātiem ir ziņots 6 pašmāju un starptautiskās zinātniskās konferencēs.

Publikācijas

1.Berzina B., Trinkler L.Korsaks V.Ruska R. Nitrogen vacancy type defect luminescence of AlN nanopowder, Optical Materials 108 ( 2020) 110069; DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110069.

Optical Mterials: Impact Factor – 3.080; Cite Score – 4.8

Journal homepage: http://www.elsevier.com/locate/optm

2.Krieke G., Antuzevics A., Berzina, B. Defect formation in photochromic Ca2SnO4: Al3+,

Materials Today Communications 28 (2021) 102592; DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102592

Materials Today Communication: Impact Factor – 2.687; Cite Score – 2.8 Journal homepage: https://www.journals.elsevier.com/materials-today-communications