Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2019/35/O/ST5/03105
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Elektryczny
Tytuł
Szklano-ceramiczne światłowody domieszkowane jonami lantanowców - badania i technologia
Streszczenie
Obszar badawczy projektu mieści się dziedzinie inżynierii materiałów fotonicznych. Postawiony problem naukowy dotyczy opracowania funkcjonalnych optycznych materiałów hybrydowych jakimi są transparentne szklano-ceramiczne światłowody, które na drodze domieszkowania lantanowcami uzyskują unikalne właściwości luminescencyjne znajdujące zastosowanie w aplikacjach fotonicznych. Generalnie, materiał szklano-ceramiczny składa się ze szkła, w którego objętości zawieszone są nanokryształy domieszkowane lantanowcami. Kontrolowany stopień krystalizacji realizowany jest w procesie wygrzewania materiałów w określonej temperaturze oraz odpowiednim czasie eksperymentu. Dzięki temu, tak powstałe szklano-ceramiczne struktury falowodowe uzyskują lepsze parametry emisyjne (wysoka wydajność kwantowa) w stosunku do analogicznych struktur amorficznych, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości optycznej. Obecnie funkcjonujące rozwiązania pozwalają na wytworzenie materiałów nanokompozytowych na dwa sposoby. W pierwszym wytworzone włókno metodą klasyczną jest poddawane wygrzewaniu, analogicznie jak przy materiałach objętościowych. Metoda ta składa się z wielu kroków, w których na każdym etapie materiał jest poddawany obróbce cieplnej (topienie zestawu → odprężanie próbki → wyciąganie włókna → wygrzewanie włókna). W efekcie proces ten jest bardzo złożony a kontrolowanie gęstości oraz wielkości nanokryształów właściwie niemożliwe. Ponadto wytworzone w ten sposób szklano-ceramiczne włókna są kruche, co stanowi problem z wykorzystaniem ich w praktycznych aplikacjach. Innym sposobem jest metoda bezpośredniego umieszczania nanokryształów w roztopionej masie szklanej, która pozwala na uproszczenie procesu otrzymywania materiału nanokompozytowego do jednego etapu, gdzie do przechłodzonej masy szklistej dodaje się przygotowane wcześniej nanocząstki domieszkowane lantanowcami. W efekcie uzyskuje się materiał hybrydowy dużej gęstości nanokryształów ale o niskiej jednorodności spowodowanej agregacją nanocząstek oraz ich częściową degradacją. Jednakże, przetwarzanie tych materiałów w światłowody spowoduje dalszą degradację nanocząstek a tym samym pogorszenie ich właściwości luminescencyjnych. Bazując na badaniach literaturowych oraz przeprowadzonych wstępnych eksperymentach postawiono hipotezę, iż odpowiedni dobór składu chemicznego szkła, nukleatorów oraz tempa krystalizacji pozwoli na otrzymanie transparentnych szklano-ceramicznych światłowodów domieszkowanych lantanowcami bezpośrednio w procesie wyciągania (one-step). Kluczowym elementem badań jest opracowanie technologii uzyskiwania włókien z supercooled liqiud zone, o dużej gęstości nukleatorów, przy jednoczesnej kontroli tempa wzrostu nanokryształów. Jest to nowe ujęcie tematu uzyskiwania światłowodów szklano-ceramicznych polegające na optymalizacji procesu tworzenia materiałów o wysokiej gęstości nanokryształów i kontrolowanych wymiarach geometrycznych celem zachowania ich funkcjonalności. Rezultaty projektu to zbiór badań podstawowych, które umożliwią opracowanie włókien światłowodowych o wysokiej kwantowej sprawności do budowy wysokowydajnych laserów, konwerterów promieniowania oraz szeregu wielu aplikacji fotonicznych.
Program
PRELUDIUM BIS
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
bezpośrednia metoda wyciągania włókien; kontrolowana krystalizacja; lantanowce; transparenta szkło-ceramika; światłowody szklanoceramiczne

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX