Laboratoř luminiscenčních a scintilačních materiálů (V. Jarý, M. Nikl)

Řešitelský tým: Vítězslav Jarý, Vladimír Babin, Jiří A. Mareš, Alena Beitlerová, Romana Kučerková, Martin Pokorný, Juraj Páterek, Jiří Martinčík, Petr Průša

Experimentální zázemí laboratoře optických materiálů

V oddělení optických materiálů studujeme pomocí metod časově rozlišené luminiscenční spektroskopie vlasnosti nových zajímavých scintilačních materiálů a materiálů vhodných pro konstrukci laditelných zdrojů bílého světla. Studované materiály mohou být ve formě monokrystalů, prášků, skel, keramik, nanomateriálů, tenkých vrstev, nebo dokonce kapalin.

Vybrané studované materiály:

• scintilátory na bázi multikomponentních granátů odvozených od Lu₃Al₅O₁₂ dopované Ce³⁺
• scintilátory na silikátů obecného vzorce Ln₂SiO₅ a Ln₂Si₂O₇ (Ln = Y, Lu, Gd) dopované Ce³⁺
• scintilátory na bázi hafničitanů odvozených od SrHfO₃
• halogenidové scintilátory, např. SrI₂ dopovaný Eu²⁺, RbPb₂Cl₅ dopovaný ionty vzácných zemin, Cs₂HfCl₆
• scintilátory na bázi hliníkových perovskitů YAlO₃, LuAlO₃ dopovaných Ce³⁺, Pr³⁺
• scintilátory na bázi nitridových struktur GaN
• scintilátory na bázi kompozitů ZnO s polymerními matricemi
• fosfory pro konstrukci pevnolátkových zdrojů bílého světla na bázi ALnS₂ dopovaných Eu²⁺ (A = Rb, K, Na; Ln = La, Gd, Lu, Y)

Hlavní experimentální vybavení laboratoře zahrnuje:

1. UV-VIS luminiscenční spektrofluorometr 199S, Edinburgh Instrument, který umožňuje měřit
   • kontinuální emisní a excitační spektra v oboru 190 – 800 nm s použitím fotonásobiče jako detekčního prvku (IBH Scotland)
   • časově rozlišená emisní a excitační spektra v oboru 190 – 800 nm s použitím fotonásobiče jako detekčního prvku
   • kinetiky dohasínání luminiscence v časech ~ 500 ps – hodiny s použitím fotonásobiče jako detekčního prvku
   Emisní spektra mohou být měřena s použitým různých excitačních zdrojů, např. rentgenové záření (rentgenový zdroj Seifert, 5-60 kV, 3.5 kW) nebo UV/viditelné záření (kontinuální deuteriová výbojka Heraeus). Časové charakteristiky pak s použitím xenonové pulzní výbojka (Edinburgh Instrument, měření metodou multi-channel scaling), vodíkové pulzní výbojky (měřeno metodou time correlated single photon counting), radioizotopy (např. 22Na) nebo nanoLED pulzní diody (Horiba, 260 – 650 nm).
2. VUV-UV luminiscenční spektrofluorometr (McPherson), který umožnuje měřit
   • kontinuální excitační a emisní spektra v oboru 120 - 600 nm s použitím fotonásobiče jako detekčního prvku (Hamamatsu)
   • absorpční a transmisní spektra v oboru 120 – 600 nm s použitím fotonásobiče jako detekčního prvku
   • kinetika dohasínání luminiscence v časovém intervalu ~ 10 ns – 1 s.
     Jako excitační zdroje používáme:
     
   • kontinuální deuteriovou lampu (Hamamatsu), pulsní elektronové dělo, excimerový dusíkový laser
3. Aparatura pro měření termoluminiscence, skládající se ze zdroje rentgenového záření (rentgenový zdroj Seifert, 5-60 kV, 3.5 kW) a spektrometru se CCD kamerou (Ocean Optics QE65000).
4. Aparatura pro měření světelného výtěžku, energetického rozlišení a proporcionality s hybridním fotonásobičem jako detekčním prvkem (model DEP PPO 475B). K dispozici je široká škála energií radionuklidů (alfa, beta i gama zářičů, např. ¹³⁷Cs s energií 661.6 keV).
5. Absorpční a transmisní spektrofotometer Shimadzu 3101 PC. Dvoupaprskový přístroj umožňující měřit v rozsahu vlnových délek 190-3200 nm. Možnost měření i reflexních spekter, k dispozici také integrační koule

Výše zmíněné charakteristiky je možné měřit v širokém teplotním intervalu, k dispozici jsou následující kryostaty:

• Closed cycle (Janis) umožňující měřit v teplotním intervalu 8 – 500 K.
• Dusíkový kryostat (Oxford Instruments) umožňující měřit v teplotním intervalu 77 – 500 K.
• Dusíkový kryostat (Janis) umožňující měřit v teplotním intervalu 77 – 800 K.

Pro vytvoření vakua je v laboratoři k dispozici turbomolekulární vývěva Turbolab 80 (Oerlikon Leybold Vacuum).

Dále je v laboratoři k dispozici pec Carbolite pro řízené žíhání vzorků s programovatelným průběhem teplot až do 1000o C.

Pro testování fosforů pro pevnolátkové zdroje světla jsou k dispozici LED diody v intervalu energií 360 – 460 nm o výkonech 1 – 10 W.