Lucas J.B. Erasmus
Jacobus J. Terblans
Erasmus, L.J.B., Terblans, J.J. & Swart, H.C., 2017, 'Meting van die optotermiese eienskappe van 'n fosformateriaal vir toepassing as 'n optiesetemperatuur-sensor', Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en Tegnologie 36(1), a1457. https://doi.org/10.4102/satnt.v36i1.1457
Meting van die optotermiese eienskappe van 'n fosformateriaal vir toepassing as 'n optiesetemperatuur-sensor
Lucas J.B. Erasmus, Jacobus J. Terblans, Hendrik C. Swart
Determination of the optical thermometry properties of a phosphor material for application as an optical temperature sensor. This work investigates the optical thermometry properties of lanthanum oxysulfide doped with europium by utilising photoluminescence. After experimentation, it was concluded that the optical thermometry properties of this phosphor material can be used to measure temperature optically.
Hierdie studie handel oor 'n kommersiële fosfor, lantaanoksisulfied wat gedoteer is met europium (La2O2S:Eu). Die hoofrede vir die studie is om die emissiefspektrum as 'n funksie van temperatuur met 'n opgedateerde fotoluminesensie-sisteem in die Fisikadepartement by die Universiteit van die Vrystaat te bestudeer met 'n stelsel wat spesiaal vir die studie ontwerp was. Die apparaat is uitgebrei met 'n doelgeboude verhittingmeganisme wat gebruik is om die fosformateriaal se temperatuur te meet en te beheer deur 'n geïntergreerde sagtewareprogram wat deur die eerste outeur ontwikkel is. 'n Intensiteitmeter is ook geïnstalleer om die drywing van die opwekkingbron te moniteer terwyl eksperimente uitgevoer word. Die nodige golflengte-, intensiteit- en temperatuurkalibrasies vir die intrument is gedoen.
Daar is bepaal dat die La2O2S:Eu-fosformateriaal as temperatuursensor in die temperatuurgebied vanaf 70 °C tot 170 °C gebruik kan word deur van die fosforiese-intensiteitsverhouding tussen emissies, afkomstig vanaf die opgewekte 5D1- en 5D0-toestande gebruik te maak. Daar is ook vasgestel dat 'n verskil in aktiveringenergieë vir termiese kwyning die hoofmeganisme is wat die fosforiese-intensiteitsverhouding tussen die twee opgewekte vlakke se emissie in die La2O2S:Eu-fosformateriaal teweeg bring. Die ooreenkomstige aktiveringsenergieë vir die 5D2-, 5D1- en 5D0- opgewekte toestande is bepaal as onderskeidelik 0.53, 0.60 en 0.78 eV.
Die emissie, strukturele en chemiese stabiliteit van die temperatuursensor is getoets deur die materiaal te verhit tot 400 °C vir verskillende periodes. Daar is met die pasgemaakte fotoluminesensie-sisteem waargeneem dat die fosforiese intensiteit toeneem oor lang periodes by 'n konstante temperatuur van 400 °C. Dit kan gedeeltelik toegeskryf word aan temperatuurgeïnduseerde partikelgroei van 24% wat bepaal is deur van X-straaldiffraksiedata en Scherrer se vergelyking gebruik te maak.
Daar is ook 'n afname in die suurstofdefekte en hidroksiedgroepe as 'n funksie van verhittingstyd waargeneem, deur van die X-straalfoto-elektronspektroskopie-tegniek gebruik te maak, waar die intensiteit en posisies van die suurstof- en lantaanpieke onderskeidelik gemoniteer is. Die effek dra ook by tot die toename in die fosforiese intensiteit. Daar is egter vasgestel dat dié onstabiliteitseffekte nie 'n invloed op die fosforiese-intensiteitsverhouding van die fosformateriaal het nie en dus suksesvol as 'n optiesetemperatuur-sensor benut kan word.