Teatavasti märkimisväärse osa maailma energiatarbimusest moodustab valgustus, seetõttu püütakse välja töötada odavamaid ja suurema valgusviljakusega luminestsents- valgusteid. Viimased annavad valgust tänu sobiliku luminofoor- materjali helendumisele lühilainelise kiirguse (nt UV-kiirguse) toimel. Kuna tavalised elavhõbedalahendusel põhinevad luminestsentstorud kätkevad keskkonnariske, siis edasine suund on LED-lampide täiustamisel.
Luminofoor peab olema eelkõige selline, mis neelab tugevasti primaarkiirgust ja konverteerib selle suure efektiivsusega sobilikku värvitooni valguseks. Valge valgus saadakse eri värvi fosfooride kombineerimisel. LED-lampide jaoks puudub hetkel sobilik fosfoor, mis tekitaks puhta tooniga punast värvi kiirgus- komponenti, mis oleks tarvilik saavutamaks mõistlikku kompromissi suurima valgusviljakuse ja parima värvikvaliteedi vahel. Teine probleem mitmete kasutatavate luminofooridega on seotud materjali valmistusmeetodi keerukuse, energia- mahukuse ja keskkonnariskidega.
| TiO2:Sm pulbri helendumine 355 nanomeetrise lainepikkusega laserikiire fookuses. |
Kõnealune artikkel käsitleb ühe potentsiaalse fosfoormaterjali alusuuringuid. Tegemist on võrdlemisi tuntud titaandioksiidiga (TiO2), mida tavaliselt kasutatakse värvainetes ja fotokatalüsaatorina. Seda tüüpi oksiidmaterjale aktiveerituna mõne haruldase muldmetalli lisandiga, on võimalik pulbri (või ka kile, fiibri jne) kujul kergesti sünteesida võrdlemisi lihtsa ja odava sool-geel meetodi baasil. Haruldase muldmetalli lisandina kasutati antud juhul samaariumi, mis kiirgab punases spektriosas. Selgus, et nimetatud lisandiga TiO2 pulber kiirgab märkimisväärse intensiivsusega, kui ainet kiiritada lähi-UV kiirgusega (mis juhtumisi on kasutusel UV-ergastusega LED-lampides). Umbes 15% neeldunud footonitest õnnestus konverteerida nähtavaks kiirguseks, mis on aga tõenäoliselt oluliselt parendatav valmistusprotsessi viimistlemisega.
Kuna luminestsentsi kõige efektiivsemalt ergastava kiirguse lainepikkus on parajasti selline, mida TiO2 ise väga tugevasti neelab, siis võib kahtlustada, et kiirgus ei neeldu mitte lisandiaatomites otse, vaid leiab aset energia ülekandumine peremeesainelt lisandile. See on muuseas rakenduslikult väga kasulik võimaldades kasutada hästi õhukesi luminofoorikihte. Energiaülekande hüpoteesi kontrollimiseks uuriti, millise seaduspära järgi kustub luminestsentsi järelhelendus peale ergastava kiirguse impulssi. Lisandi otsese ergastumise korral peaks tegemist olema eksponentsiaalse kahanemisega, katse andis pigemini astmeseaduse (st märksa aeglasema käitumise). Lisaks selgus, et kiirguse intensiivsus väheneb oluliselt temperatuuri alandamisel, toatemperatuuri piirkonnas saavutabki kiirgus maksimaalse intensiivsuse. Need tulemused näitavad, et leiab tõepoolest aset peremeesaine ergastumine ja selle ergastuse termiliselt aktiveeritud migreerumine luminestseeruva lisandini. TiO2:Sm pulbri helendumine 355 nanomeetrise lainepikkusega laserikiire fookuses.
Artikkel adresseerib ka küsimust, kuidas lisandiaatomid on positsioneerunud põhiaines (kas Ti aatomi asemel, põhiaine aatomite vahel vms). Kaudset infot selle kohta annab haruldase muldmetalli kiirgusspektri mõõtmine suure spektraallahutusega (ehk siis energiatasemete detailse skeemi kindlakstegemine), kuna spektri peenstruktuur kajastab kiirgava aatomi ümbruse sümmeetriat. Esiteks selgus, et spektri peenstruktuur jääb muutumatuks kogu järelhelenduse vältel demonstreerides ühe kindla lisandiaatomi paigutuse esinemist materjalis. Spektri peenstruktuuri analüüs vihjab (kooskõlas muude kaalutlustega, nagu ioonraadiuste vahekord jne), et haruldase muldmetalli lisand asendab kristallvõres Ti aatomi, aga seejuures tõenäoliselt deformeerib ümbritsevat kristalli oma suuruse tõttu. Lõpetuseks märgime, et materjalil on ka rida muid perspektiivseid rakendusi. Esiteks, tegemist on valgust tugevasti murdva ainega, millest saab (nt sool-geel meetodil) valmistada valgustjuhtivaid mikrostruktuure (lainejuhte). Teiseks, TiO2 on pooljuhtmaterjal, seega lisandi kaudse ergastuse võimalus lubab põhimõtteliselt kiirgust ergutada elektroluminestsentsi mehhanismiga (nagu valgusdioodis). Vaata ka artiklit.
Vahendas: Valter Kiisk
Leave a Reply