SZKŁA SPECJALNE PROJEKT: ZAAWANSOWANA NAUKA O MATERIAŁACH. Marta Kasprzyk

Transkrypt

1 SZKŁA SPECJALNE PROJEKT: ZAAWANSOWANA NAUKA O MATERIAŁACH Marta Kasprzyk

2 Szkło materiał uniwersalny SZKŁO

3 BUDOWNICTWO

4 Właściwości techniczne gęstość ρ = 2,4 2,6 g cm 3 twardość wg skali Mohsa ~ kg m 3 wytrzymałość na zginanie ~30-50 MPa wytrzymałość na ściskanie MPa przewodność cieplna λ = 1 1,45 W m K przenikanie ciepła U = 6,16 W m 2 K SI: SI: J m 2 s K J m s K, dla szyby o gr. 5 mm

5 Wypełnienia niskoemisyjne Niskoemisyjne (ciepłochronne) PCMW (phase change material filled glass window) parafina Na 2 SO 4 10H 2 O (sól glauberska) CaCl 2 6H 2 O

6 Powłoki niskoemisyjne Niskoemisyjne (ciepłochronne) Cienkie powłoki metaliczne zwierciadło dla części promieniowania IR wysoka transmitancja promieniowania VIS niska emisyjność zminimalizowanie strat ciepła

7 Powłoki antyrefleksyjne ograniczenie odblasków zwiększenie ilości światła przechodzącego przez szkło obniżenie odbicia światła warstwa o współczynniku załamania światła niższym niż szkło najczęściej stosowane powłoki naprzemienne (o niskim i wysokim n w )

8 Powłoki samoczyszczące Hydrofilowa i fotokatalizująca (efekt samoczyszczący) pokryte tlenkiem tytanu właściwości katalityczne pod wpływem UV zabrudzenia ulegają rozkładowi

9 Powłoki samoczyszczące

10 Powłoki wielofunkcyjne SiO 2 TiO 2 (nanorurki) TiO 2 NiCrO x Ti Ag NiCr Si 3 N 4

11 Inne powłoki Barierowe (blokujące dyfuzję składników szkła do zawartości np. leków) Barwne Przeciwmgielne Bakteriobójcze

12 OPTOELEKTRONIKA

13 OPTOELEKTRONIKA Materiały optyczne i optoelektroniczne są przeznaczone do budowy elementów i układów generacji, wzmacniania, propagacji, formowania i modulacji promieniowania elektromagnetycznego o długości fali mieszczącej się w umownie przyjętym przedziale λ = 0,01 100μm

14 Szkło optyczne Współczynnik załamania światła n Współczynnik absorpcji α Dyspersja υ d = Przepuszczalność światła w zakresie widzialnym Luminescencja i efekty radiacyjne Współczynnik odbicia Współczynnik transmisji

15 Luminescencja Emisja promieniowania świetlnego wywołana nie przez termiczne wzbudzanie atomów, lecz przez oddziaływanie energii innej niż cieplna następstwem są elektronowe przejścia międzypoziomowe w materiałach optycznych najbardziej interesująca jest fotoluminescencja

16 Luminescencja Nd 3+ Er 3+ Yb 3+

17 Luminescencja Tab. Charakterystyka emisji ważniejszych ośrodków laserowych (fragm.) Ośrodek Długość fali λ [nm] Czas życia w stanie wzbudzonym τ Szerokość linii spektralnej Δυ Nd 3+ : YAG 1,064 1,2ms 120 GHz 1,82 Nd 3+ : szkło 1,06 0,3ms 3 THz ~1,5 Er 3+ : włókno światłowodu ze szkła kwarcowego 1,55 10,0ms 4 THz 1,46 Współczynnik załamania n

18 Konwersja energii: up-conversion Konwersja w górę (up-conversion): proces emitowania promieniowania o niższej długości fali (równocześnie większej energii), niż promieniowanie wzbudzające. Mechanizmy: Absorpcja stanu wzbudzonego (excited state absorption ESA) Absorpcja z transferem energii (energy transfer upconversion ETU) Lawina fotonów (photon avalanche PA) źródło:

19 Konwersja energii Spektrum emisji Yb 3+ Er 3+ /Tm 3+ Intensywność Er 3+ vs. Er 3+ Yb 3+

20 Konwersja energii Scyntylatory konwertujące promieniowanie jonizujące w światło widzialne Światłoczułe płytki fosforowe (storage phosphors) przekształcające promieniowanie w pary dziuraelektron, które są obrazem utajonym, nazywane czujnikami pośrednimi Dwustronne komórki solarne (bifacial solar cells) zwiększające wydajność paneli słonecznych przez konwersję fotonów dalekiej podczerwieni Światłowody planarne (planar optical waveguides) Lasery bezpieczne dla oczu (eye-safe lasers) emitujące promieniowanie o długości ~1,4μm, które jest absorbowane przez rogówkę i soczewkę, przez co nie dociera do bardziej wrażliwej siatkówki żródło:

21 Konwersja energii: down-conversion Konwersja w dół (down-conversion): proces emitowania promieniowania o wyższej długości fali (równocześnie mniejszej energii), niż promieniowanie wzbudzające. Komórki solarne (solar cells) zwiększające wydajność paneli słonecznych przez konwersję fotonów z zakresu ultrafioletu Fig.2 The visible (a) and NIR (b) emission spectra of Tm 3+ single doped sample TmYb0 and Tm 3+ /Yb 3+ co-doped Samples TmYb1, TmYb2, TmYb3 excited by 468 nm, respectively.

22 Bibliografia 1. A.Szwedowski, Materiałoznawstwo optyczne i optoelektroniczne. Ogólne właściwości materiałów, Warszawa: WNT, A.Szwedowski, R.Romaniuk, Szkło optyczne i fotoniczne. Właściwości techniczne, Warszawa: WNT, B.Sikora, Zaprojektowanie i scharakteryzowanie biosensorów opartych na koloidalnych nanocząstkach do zastosowań w biologii i medycynie, rozprawa doktorska, Warszawa: Instytut Fizyki PAN, M.Środa Tlenkowo-fluorkowa szkło-ceramika aktywna optycznie, rozprawa habilitacyjna, Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, S.Schweizer, B.Henke, P.T.Miclea, B.Ahrens, J.A.Johnson, Multi-functionality of fluorescent nanocrystals in glass ceramics, Radiation Measurement (2010), Ł.Grobelny, W.A.Pisarski, J.Pisarska, R.Lisiecki, W.Ryba-Romanowski, Up-conversion processes of rare earth ions in heavy metal glasses, Journal of Rare Earths (2011), M.Ajroud, M.Haouari, H.Ben Ouada, H.Maaref, A.Brenier, B.Champagnon, Energy transfer processes in (Er 3+ - Yb 3+ )-codoped germanate glasses for mid-infrared and up-conversion applications, Materials Science and Engineering (2006), F.Huang, Y.Han, L.Chen, J.Tang, Y.Xu, Q.Nie, Q.Jiao, S.Dai, Visible to Near-infrared Downconversion in Tm 3+ /Yb 3+ Co-doped Chalcohalide Glasses for Solar Spectra Converter, Infrared Physics & Technology (2015) 9. L.J.Borrero-Gonzalez, L.A.O.Nunes, J.L.Carmo, F.B.G.Astrath, M.L.Baesso, Spectroscopic studies and downconversio luminescence in OH - - free Pr 3+ - Yb 3+ co-doped low-silica calcium aluminosilicate glasses, Journal of Luminescence (2014), S.Li, K.Zhong, Y.Zhou, X.Zhang, Comparative study on the dynamic heat transfer characteristics of PCM-filled glass window and hollow glass window, Energy and Buildings (2014), L.Tian, Z.Xu, S.Zhao, Y.Cui, Z.Liang, J.Zhang, X.Xu, The Upconversion Luminescence of Er 3+ /Yb 3+ /Nd 3+ Triply-Doped β-nayf 4 Nanocrystals under 808-nm Excitation, Materials (2014),

23 Bibliografia c.d. 12. B.S.Reddy, H.Y.Hwang, Y.D.Jho, B.S.Ham, S.Sailaja, C.M.Reddy, B.V.Rao, S.J.Dhoble, Optical properties of Nd 3+ -doped and Er 3+ - Yb 3+ codoped borotellurite glass for use in NIR lasers and fiber amplifiers, Ceramics International (2015), J.Mohelnikova, Materials for reflective coatings of window glass applications, Construction and Building Materials (2009), Nabuda F., Lichograj R., Wrzosek P. Światłowodowe sieci teleinformatyczne, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Politechnika Warszawska, materialyinzynierskie.pl/jak-powstaja-dzialaja-szyby-kuloodporne en.wikipedia.org/wiki/self-cleaning_glass