Synteza i badania fizykochemiczne nanoluminoforów

„Synteza i badania fizykochemiczne nanoluminoforów
opartych o modyfikowany tlenek cynku i borany lantanowców”
(„Synthesis and physicochemical studies of nanophosphors
based on modified zinc oxide and lanthanides borates„)
Agata Szczeszak
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Głównym celem niniejszej pracy doktorskiej była synteza nanomateriałów, czyli
związków chemicznych o rozmiarze ziarna < 100nm, takich jak: modyfikowany tlenek cynku
oraz borany pierwiastków ziem rzadkich domieszkowane jonami lantanowców, Ln3+,
nadającymi właściwości emisyjne oraz dodatkowo jonami Mg2+ i Li+, a w dalszym etapie
przeprowadzenie analizy struktury, morfologii oraz zbadanie właściwości fotofizycznych
otrzymanych
nanoluminoforów.
W
celu
uzyskania
jednofazowych
nanoproszków
charakteryzujących się wysoką krystalicznością i homogenicznością wybrano kilka różnych
metody syntezy. Są to mokre metody chemiczne, tj. zol-żelowa metoda Pechniego, reakcja w
warunkach hydrotermalnych, współstrącanie (co-precipitation) oraz proces samospaleniowy
(combustion). Ponadto, badano wpływ zastosowanych technik syntezy nanomateriałów na
właściwości strukturalne i spektroskopowe otrzymanych nanokrystalitów. Dodatkowym
aspektem badań była analiza wpływu rozmiaru ziarna na strukturę krystaliczną oraz
właściwości
luminescencyjne
(czyli
emisyjne
w
zakresie
światła
widzialnego)
zsyntetyzowanych produktów.
W celu otrzymania jednorodnych nanoluminoforów, charakteryzujących się wysoką
wydajnością kwantową (wydajnym przetworzeniem pochłoniętego promieniowania z zakresu
ultrafioletu na emisję światła widzialnego), chromatycznością (czystością barwy), a także
chemiczną oraz termiczną stabilnością, wyselekcjonowano najbardziej efektywne matryce.
Dzięki wydajnej emisji w zakresie widzialnego ultrafioletu (UV-Vis) pod wpływem wzbudzenia
promieniowaniem z zakresu próżniowego ultrafioletu (VUV) zsyntetyzowane związki
chemiczne mogą znaleźć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Materiały te
mogą być użyte do tworzenia kolorowego obrazu w ekranach plazmowych, a także do lamp
fluorescencyjnych nie zawierających rtęci. Innymi obiecującymi obszarami praktycznych
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
zastosowań zsyntetyzowanych nanoproszków są: medycyna i biotechnologia, gdzie
otrzymane luminofory mogą pełnić rolę znaczników luminescencyjnych, bądź nośników
leków, dzięki charakterystycznym właściwościom spektroskopowym jonów Ln3+, tj. widma
emisyjne, które wykazują wąskie, wyraźnie od siebie oddzielone pasma w zakresie
widzialnym i podczerwonym. Natomiast badania w kierunku przestrajalnej luminescencji
(emisji chrakteryzującej się zmienną barwą) oraz modyfikacji długości emisyjnych czasów
życia (świecenia próbek) są obiecującym kierunkiem ze względu na potencjalne aplikacje w
dziedzinie laserów i wyświetlaczy, gdzie wymagane są materiały stabilne, o wydajnej,
zależnej
od
wielkości
nanocząstek
luminescencji
i
odpowiednio
dostosowanych
luminescencyjnych czasach życia. Kolejną możliwością wykorzystania wiedzy zgromadzonej
w trakcie realizacji pracy doktorskiej, może być
nawiązanie współpracy z potentatami
rynkowymi, których celem jest produkcja luminoforów wykorzystywanych m.in. w reklamie,
materiałach luminezujących, źródłach światła, oznaczeniach informacyjnych itd.
Podsumowując wyniki opisywanej pracy użycie różnych matryc tj. tlenku cynku i
boranów pierwiastków ziem rzadkich oraz metod syntezy nanoluminoforów, przyczyniło się
do
otrzymania
umożliwiających
produktów
zastosowanie
o
zróżnicowanych
nanomateriałów
w
właściwości
dziedzinach
fizykochemicznych,
nauki
i
przemysłu
wspomnianych wcześniej.
Fot.1 Boran gadolinu domieszkowany jonami europu (po lewej); próbka wzbudzona
promieniowaniem z zakresu ultrafioletu emitująca czerwone światło (po prawej).
(fot. Agata Szczeszak)
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego