Lantanoidien luminesenssin sovellukset

Abstract

Luminesenssi on ilmiö, jossa aineen elektronien siirtyessä viritystilasta takaisin perustilaan viritysenergia vapautuu fotoneina eli sähkömagneettisena säteilynä. Lantanoidit ovat metalleja, joista useimmat ovat ionimuodossa luminoivia, ja niiden emissio voi olla aallonpituudeltaan UV-, Vis- tai IR-alueella. Lantanoidien luminesenssi voi aiheutua elektronien sallituista d-f-siirtymistä tai elektronien uudelleenjärjestelyistä 4f-orbitaalilla eli f-f-siirtymistä. Käyttämällä eri lantanoidi-ioneja seosioneina eri isäntämateriaaleissa, saadaan erittäin laaja joukko ominaisuuksiltaan vaihtelevia luminoivia materiaaleja erilaisiin käyttötarkoituksiin. Ylöskonvertoivat nanomateriaalit ja LnMOFit ovat esimerkkejä materiaaliluokista, jotka ovat kiinnostuksen kohteena liittyen lantanoidiluminesenssin sovelluksiin. Lantanoidien luminesenssia hyödynnetään laajasti erilaisissa tuikeaineissa ja nykyaikaisissa LEDeihin perustuvissa näytöissä sekä valaistuksessa. Lääketieteessä luminoivat lantanoidimateriaalit ovat tärkeässä asemassa laserkirurgiasta erilaisiin kuvantamistekniikoihin. Lantanoideihin perustuvat laserit ovat myös mahdollistaneet esimerkiksi pitkän matkan langattoman viestinnän ja lidar-tekniikkaan perustuvat etäisyysmittaukset eri aloilla. Erilaisten asiakirjojen ja setelien väärennösten torjunnassa käytettävissä spektroskooppisissa merkkiaineissa luminoivilla lantanoidimateriaaleilla on myös oma paikkansa. Aurinkokennojen absorptiokyvyn parantamisessa lantanoideja sisältävillä materiaaleilla on myös merkittävää potentiaalia, mutta niiden käyttöön liittyvät haasteet ovat vielä toistaiseksi estäneet laajemman hyödyntämisen.