Projekta nosaukums: Efektīvi luminiscējoši materiāli daudzfunkcionālām NIR luminoforu pārveidotām gaismas diodēm
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/046
Projekta ilgums: 01.07.2025.-30.06.2028.
Projekta vadītājs: Ph.D Meldra Ķemere
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
LU CFI finansējums: 9 207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Tuvajam infrasarkanajam (NIR) starojumam ir pielietojumi medicīnā, pretviltošanā, nakts redzamības iekārtās, nesagraujošā pārtikas analīzē utt. Pēdējā laikā lielu potenciālu ir pierādījušas NIR luminoforu pārveidotās gaismas diodes (NIR pc-LEDs). Projekta mērķis ir izstrādāt jaunus termiski stabilus ar Cr3+ aktivētus NIR luminoforu materiālus, kas izstaro 750-950 nm spektrālā diapazonā. Materiāli ar granāta tipa struktūru A3B2C3O12, kas aktivēti ar Cr3+ joniem, tiks pētīti plašā temperatūras diapazonā, izmantojot modernas struktūras raksturošanas un spektroskopijas metodes. Gd3Ga5O12 ir izvēlēts kā sākotnējais materiāls tālākai optimizēšanai, izmantojot dažādas kristāliskā lauka inženierijas metodes. Projekta īstenošanas rezultātā tiks izstrādāti jauni NIR luminofori ar uzlabotām luminiscences īpašībām. Par rezultātiem tiks ziņots vismaz 3 zinātniskos rakstos Q1/Q2 žurnālos, kā arī vismaz 4 konferencēs. Praktiskā pielietojamība tiks demonstrēta, izveidojot NIR pc-LED prototipu laboratorijas apstākļos, un tiks iesniegts patenta pieteikums par izstrādātajiem materiāliem un to pielietojumiem. Šis pētniecības projekts sniegs ieguldījumu Viedās specializācijas stratēģijas (RIS3) jomā “Viedie materiāli, tehnoloģijas un inženiersistēmas”, izstrādājot efektīvus optiskos materiālus, kas kalpos par pamatu iesniegtiem projektu pieteikumiem arī projektu uzsaukumos nākotnē. Pētījums tiks īstenots Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā (LU CFI).
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.11.2026. - 30.04.2026.
1. Materiālu sintēze, optimizācija un struktūras raksturošana (WP1)
Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā tika sintezēta pilna paraugu sērija, kurā Gd3Ga5O12 sērijai pievienots ZnO/ZrO2 , ar sastāvu Gd3Ga5-2xZnxZrxO12:0.05Cr, kur x=0-1 (kopā 8 paraugi).
Lai padziļināti pētītu luminiscences intensitātes atkarību no hroma koncentrācijas, tika izvēlēts paraugs ar x=0.2 ZnO/ZrO2 (balstoties uz spektroskopijas mērījumiem WP2 un WP3 ietvaros). Iesākta sērijas ar sastāvu Gd3Ga4.6Zn0.2Zr0.2O12:xCr sintēze, sintezēti 3 paraugi, kur x = 0.025, 0.05, 0.075). Paraugu struktūra un fāžu tīrība tika apstiprināta ar rentgenstaru difrakcijas (XRD) mērījumiem.
2. Spektroskopisko īpašību raksturošana (WP2)
Turpināta paraugu spektroskopisko īpašību raksturošana izgatavotajām paraugu sērijām. Atsevišķiem paraugiem veikti luminiscences mērījumi zemās temperatūrās (10 K). Mobilitātes laikā Polijā veikti luminiscences un kvantu iznākuma mērījumi atsevišķiem paraugiem.
Luminiscences spektros, palielinot paraugos x (ZnO/ZrO2) koncentrāciju, novērota Cr3+ luminiscences joslas nobīdīšanās uz garāku viļņu pusi ar joslas maksimuma nobīdi no 732 nm līdz 804 nm un joslas pusplatuma pieaugumu no 102 nm līdz 179 nm, kā arī, vērojama dzišanas laika samazināšanās. Palielinot paraugos x (ZnO/ZrO2) koncentrāciju, maksimālā luminiscences intensitāte samazinās (paraugā x=1 saglabājas 36% no intensitātes paraugā x=0), bet integrētā joslas intensitāte, ņemot vērā joslas pusplatuma pieaugumu, x=1 paraugā ir 65% no intensitātes x=0 paraugā.
Mobilitāte uz “Lukasiewicz Research Network” Mikroelektronikas un Fotonikas institūta filiālēm Varšavā un Krakovā (WP2 ietvaros)
Tika veikta mobilitāte no 2025. gada 12. novembra līdz 22. novembrim Varšavā un Krakovā, Polijā, Viedo materiālu pētniecības grupā pie Ph.D Kamila Leśniewska-Matys, Wolczynska 133, Varšavā (12.-19.11) un LTCC tehnoloģijas pētniecības grupā pie Dr. Krzysztof Szostak, Zablocie 39, Krakovā (11.-22.11.).
Mobilitātes laikā tika veikti luminiscences un kvantu iznākuma mērījumi NIR spektra daļā atsevišķiem paraugiem, jo kvantu iznākuma mērījumi NIR spektra daļā LU CFI Spektroskopijas laboratorijā nav pieejami. Kvantu iznākuma vērtības sasniedza 75%. Tika apspriesta arī paraugu sintēzes metodika, mērījumu metodika, un turpmākas sadarbības iespējas, kā arī Polijas partnera pieredze sadarbībā ar industriju.
3. NIR luminiscences termiskās stabilitātes analīze
Uzsākta paraugu luminiscences intensitātes atkarība no temperatūras, sildot paraugus no istabas temperatūras līdz 200 °C temperatūrai.
4. Rezultātu analīze un izplatīšana (WP5)
2026. gada 1. aprīlī dalība pasākumā “Ēnu diena”, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā, Spektroskopijas laboratorijā, kur četri 7. – 9. klases skolēni tika iepazīstināti ar pētnieka darbu, pētniecības laboratorijām, zinātniskiem projektiem, spektroskopijas mērījumiem, dažādiem luminiscences veidiem, iekārtām.
Laika periods: 01.07.2025. – 31.10.2025.
1. Materiālu sintēze, optimizācija un struktūras raksturošana (WP1)
Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā noritēja darbs pie paraugu sintēzes apstākļu optimizācijas un tika sintezētas vairākas paraugu sērijas:
Gd3Ga5O12:0.05Cr – optimizēti sākotnējā materiāla sintēzes apstākļi (6 stundas 1300 °C, izmantojot 1 wt% borskābi (H3BO3) kā reakcijas aktivizētāju (flux)
Gd3Ga5-2xMgxZrxO12:0.05Cr , kur x=0-1 (9 paraugi)
Gd3Ga5-2xZnxZrxO12:0.05Cr, kur x=0-1 (4 paraugi)
Paraugu struktūra un fāžu tīrība tika apstiprināta ar rentgenstaru difrakcijas (XRD) mērījumiem.
2. Spektroskopisko īpašību raksturošana (WP2)
Sākta paraugu spektroskopisko īpašību raksturošana. Paraugiem veikti sākotnējie optiskās spektroskopijas mērījumi istabas temperatūrā: difūzās atstarošanās spektri, luminiscences spektri, luminiscences ierosmes spektri, luminiscences dzišanas kinētikas. Daļa no mērījumiem veikti arī mobilitātes laikā Viļņā, Lietuvā.
Luminiscences spektros novērota Cr3+ luminiscences joslas nobīdīšanās uz garāku viļņu pusi, palielinot paraugos x (MgO/ZrO2 vai ZnO/ZrO2) koncentrāciju, kā arī, luminiscences joslas pusplatuma un intensitātes izmaiņas, un dzišanas laika izmaiņas, kas turpmāk tiks analizētas.
3. Mobilitāte uz Ķīmijas institūtu Viļņas Universitātē, Viļņā, Lietuvā (WP1 ietvaros)
Mobilitāte no 2025. gada 6. oktobra līdz 23. oktobrim Viļņā, Lietuvā, Viļņas Universitātes Ķīmijas institūtā, Sol-Gel ķīmijas grupā, profesora Alekseja Žarkova vadībā. Viesojos laboratoriju telpās Viļņas Universitātes Ķīmijas un ģeozinātņu fakultātē, kā arī Fizikālo un tehnoloģisko zinātņu centrā.
Mobilitātes laikā tika apspriestas dažādas granātu materiālu sintēzes metodes un to pielietojamība pētījumā; veikti luminiscences spektru un dzišanas kinētiku mērījumi projekta ietvaros pētītajiem materiāliem, izmantojot Edinburgh Instruments FLS 980 spektrometru, kas nodrošina tehniskās iespējas, kuras pašlaik tiešā tādā formā pašlaik nav pieejamas LU CFI; iegūta praktiska pieredze luminiscences dzišanas kinētiku mērījumos ar Edinburgh Instruments spektrometru un impulsa ierosmes avotu; kas būs noderīga turpmākajos pētījumos LU CFI; veikta iegūto rezultātu analīze un apspriestas iespējas turpmākai zinātniskajai sadarbībai.
4. Rezultātu analīze un izplatīšana (WP5)
2025. gada 26. septembrī piedalījos pasākumā “Zinātnieku nakts”, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā, kur stāstīju interesentiem par materiālu luminiscenci dažādos spektra diapazonos un tās pielietojumiem ikdienā un tehnoloģijās.