Optička i mehanička svojstva hibridnih kompozitnih svetlovodnih vlakana
Optical and mechanical properties of hybrid nanocomposite light guide fibers
Author
Musbah, Salah SalemMentor
Aleksić, RadoslavCommittee members
Uskoković, Petar
Radojević, Vesna

Brajović, Ljiljana

Metadata
Show full item recordAbstract
U uvodu istaknut je značaj istraživanja u oblasti nanokompozitnih materijali na
bazi oksida aktiviranih jonima lantanida koji imaju veoma značajnu primenu za izradu
lasera, laserskih i LED dioda, luminescentnih lampi, displeja, optičkih vlakana,
biomedicinskih markera itd. Za primenu posebno su od interesa emisije uskog
energetskog opsega, dugo vreme života pobuđenih elektronskih stanja (fosforescencija)
i fotohemijska stabilnost. U zavisnosti od načina pobuđivanja, luminescencija se može
podeliti na: a) fotoluminescenciju (PL) – posledica apsorpcije elektromagnetnog
zračenja, b) elektroluminescencija – posledica apsorpcije električnog polja, c)
radioluminescencija – posledica jonizujućeg zračenja, d) katodoluminescencija –
posledica interakcije snopa elektrona velike brzine sa tankim slojem fluorescentne
supstance, e) hemiluminescencija – posledica pretvaranja hemijske energije u svetlosnu,
f) bioluminescencija. Predmet ove doktorske disertacije su luminiscentni materijali.
Kada se fo...sforescentna čestica izloži dejstvu eksitacionog izvora, kao što je
ultraljubičasta (UV) ili vacuum-UV (VUV) svetlost, ona prolazi kroz proces apsorpcije,
relaksacije i emisije. Svetlost se apsorbuje od strane materijala domaćina i apsorbovana
energija se prenosi sa materijala domaćina na aktivator (luminescentni centar).
Aktivator na kraju emituje vidjivu svetlost preko mehanizma prenosa energije.
Fotoekscitacija na određenoj talasnoj dužini u bliskoj infracrvenoj oblasti koja je
praćena luminiscencijom na kraćim talasnim dužinama u vidljivoj svetlosti se naziva
prelaz iz bliske infracrvene u vidljivu oblast. To je veoma neobična pojava jer se fotoni
niže energije „pretvaraju“ u fotone sa višom energijom. Najmanje dva fotona u
infracrvenoj oblasti su potrebna za generisanje jednog fotona u vidljivoj oblasti.
Upkonverzija se uglavnom dešava u materijalima u kojima procesi relaksacije više
fotona ne dominiraju, što omogućava više od jednog metastabilnog stanja. U
jedinjenjima retkih zemalja, elektroni 4f i 5f su efikasno zaštićeni i samim tim nisu
značajnije vezani- metal-ligand. Kao posledica toga, spoj elektron-fonon na f-f
prelazima se smanjuje, a proces otpuštanja više fonona je manje konkurentan. Fenomen
upkonverzije je zbog toga najčešće proučavan na materijalima koji sadrže jone
lantanida. Kada neki medijum (na primer laser) emituje fosforescenciju kao posledicu
ekscitacije sa upadnom svetlošću, talasna dužina je duža od ekscitovane svetlosti. To
znači da se smanjuje energija fotona. Međutim, pod izvesnim okolnostima može doći do
upkonverzije fluorescencije gde je talasna dužina emitovane svetlosti kraća. To je
moguće putem ekscitacionih mehanizama koji uključuju više od jednog apsorbovanog
fotona. Upconverzija fluorescencije se može potisnuti kada imamo mnogo prelaza
fotona, jer oni mogu smanjiti život metastabilnih nivoa. Vlakna sa niskom
maksimalnom energijom fotona, kao što su neka fluoridna vlakna, imaju mnogo slabije,
više fononske procese, pa stoga i jači upkonverziju.
U drugom poglavlju dat je prikaz luminiscentnih materijala. Luminescentni
materijali, zvani fosfori konvertuju neki tip energije u elektromagnetno zračenje,
najčešće u vidljivoj oblasti, mada se može javiti i u ultraljubičastoj i infracrvenoj
oblasti. Ovi materijali su uglavnom neorganska jedinjenja u formi prahova ili tankih
filmova, koji sadrže odgovarajuće jone, odnosno aktivatore. Aktivator apsorbuje
pobuđujuće zračenje, prelazi u pobuđeno stanje, nakon čega se vraća u osnovno stanje...
Dynamic Mechanical Analysis (DMA) is one of the most powerful tools to study the
behavior of plastic and polymer composite materials and it is potentially very useful
tool to simulate behavior of plastic optic fibers (POF) in real applications. Possibility of
simultaneous measurements of some optical properties during DMA would significantly
upgrade investigations of POF alone or embedded in some materials. In this work,
single cantilever DMA of the POFs that was done simultaneously with measuring the
transmitted optical signal intensity is described and discussed. In order to compare
mechanical results of the same material for cylindrical and rectangular specimens,
rectangular plates were prepared by melting POFs and the same kind of tests were
performed. It is shown that changing the optical signal intensity corresponds to the
changes of storage modulus of the POF during DMA, and the maximums in optical
signals intensity indicate the beginning of glass transition processes in the POF... material.
The results of a study related to the processing and characterization of PMMA-Y2O3
(Eu3+) nanocomposites are presented herein. The nanocomposite samples were
prepared using a laboratory mixing molder with different contents of Eu-ion doped
Y2O3 nanophosphor powder. The influence of particle content on the optical and
dynamic mechanical properties of the nanocomposites was investigated. The intensity
of the luminescence emission spectra increased as the nanophosphor content in the
composite increased. The results of dynamic mechanical analysis revealed that the
storage modulus, loss modulus and glass transition temperature (Tg) of the polymer
composites increased with increasing content of the nanophosphor powder. The
microhardness data also confirmed that the hardness number increased with
nanoparticles concentration in the PMMA nanocomposites. The obtained results
revealed a relatively linear relationship between Tg and the Vickers hardness.
This study reports research related to different preparation methods and characterization
of polymer nanocomposites for optical applications. The Eu-ion doped Gd2O3
nanophosphor powder with different nanoparticle content was embedded in the matrix
of PMMA. Preparation was carried out by mixing molding (bulk), electrospinning (nanofibers) and solution casting (thin films) with neat particles and particles coated
with AMEO silane. Among the pros and cons for proposed methods, the mixing
molding enables to avoid solvent use while the best deagglomeration and nanoparticle
distribution is gained using the electrospinning method. The results of dynamic
mechanical analysis (DMA) and nanoindentation revealed that the storage modulus of
the composites was higher than that of pure PMMA and increased with nanophosphor
content. Surface modification of particles improved the mechanical properties of
nanocomposites.