Inteligentne farby luminescencyjne wrażliwe na zmiany temperatury i ciśnienia do zaawansowanych zastosowań

Inteligentne farby luminescencyjne wrażliwe na zmiany temperatury i ciśnienia

Prof. dr hab. Łukasz Marciniak z Oddziału Fizykochemii Biomedycznej Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych im. Włodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu zamierza opracować luminescencyjne farby wrażliwe na zmiany temperatury i ciśnienia. Zgodnie z założeniami, zmiana każdego z tych parametrów będzie skutkowała niezależną zmianą koloru emitowanego przez farbę światła. Pozwoli to chociażby na lepszą kontrolę i monitorowanie parametrów technicznych różnych obiektów i urządzeń, ale potencjalnych zastosowań tego typu farb jest znacznie więcej. Badania nad inteligentnymi farbami luminescencyjnymi są finansowane z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG) w ramach działania FIRST TEAM realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

W ramach projektu naukowcy opracowują unikalne wsady luminescencyjne pozwalające na wytworzenie farb luminescencyjnych wrażliwych na zmiany ciśnienia i temperatury.Substancje te reagują na zmiany temperatury i ciśnienia poprzez zmianę emitowanego światła, co oznacza, że pod wpływem odpowiedniego oświetlenia powierzchnia pokryta taką farbą zaczyna świecić na określony kolor. Kluczową cechą tej technologii jest to, że każda ze zmiennych – temperatura i ciśnienie – wpływa na emisję światła w odmienny sposób, co pozwala na precyzyjną i niezależną analizę parametrów badanej powierzchni. „W przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań, które często wykazywały interferencję pomiędzy zmianami temperatury i ciśnienia, nasza metoda, wykorzystująca i łącząca osiągnięcia termometrii i manometrii luminescencyjnej, pozwala na jednoczesną detekcję tych dwóch parametrów niezależnie od siebie, w czasie rzeczywistym” – zaznacza prof. Łukasz Marciniak.

Naukowiec podkreśla, że technologia ta może znaleźć szerokie spektrum odbiorców – od zastosowań w różnych gałęziach przemysłu po użytkowanie w życiu codziennym. „Zastosowaniem, o którym pomyśleliśmy na początku, jest diagnostyka techniczna i przemysłowa. Pokrywanie takimi farbami elementów maszyn, mostów czy konstrukcji budowlanych pozwoli na monitorowanie ich stanu i łatwe wykrywania naprężeń czy miejsc przegrzewania. A to może zapobiegać awariom i katastrofom technicznym. Możliwość pomiaru ciśnienia w czasie rzeczywistym bez konieczności stosowania dodatkowych czujników sprawia, że technologia ta może znaleźć zastosowanie również w monitorowaniu rurociągów, zbiorników ciśnieniowych czy elementów systemów hydraulicznych. Nasza technologia może wpłynąć więc na poprawę bezpieczeństwa, obniżenie kosztów konserwacji i zwiększenie efektywności wielu procesów technologicznych” – mówi prof. Łukasz Marciniak.

Aby zapewnić szeroką dostępność i łatwość użytkowania technologii, wrocławscy naukowcy planują stworzenie aplikacji mobilnej umożliwiającej analizę danych. Użytkownik będzie mógł odczytać temperaturę i ciśnienie z powierzchni pokrytej farbą luminescencyjną, korzystając z aparatu fotograficznego w smartfonie oraz z aplikacji, która będzie generować szczegółowe mapy rozkładu temperatury i ciśnienia.

W porównaniu do klasycznych systemów pomiarowych, opracowywane farby luminescencyjne oferują wiele zalet: pomiar nie wymaga fizycznego kontaktu układu detekcji z powierzchnią ani stosowania przewodów czy zasilania; farba może być nakładana na dowolne kształty i struktury, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku klasycznych czujników; a analiza rozkładu temperatury i ciśnienia jest bardzo szybka, co pozwala na błyskawiczną reakcję w razie pojawienia się problemów. Ponadto metoda ta jest znacznie tańsza niż tradycyjne metody pomiarowe. Projekt jest rozwijany we współpracy z partnerem branżowym zajmującym się produkcją specjalistycznych farb i powłok ochronnych, co ułatwi komercjalizację rozwiązania.

Prof. dr hab. Łukasz Marciniak ukończył studia magisterskie w specjalności fotonika na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej. Stopień doktora, a następnie doktora habilitowanego nauk fizycznych uzyskał w Instytucie Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wrocławiu. W 2022 r. otrzymał tytuł naukowy profesora nauk przyrodniczych w dyscyplinie nauk fizycznych. Autor ponad 200 publikacji, dwóch rozdziałów książkowych, jednej książki oraz 14 patentów. Uczestniczył w realizacji ponad 20 projektów badawczych. Stypendysta Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla młodych wybitnych naukowców, dwukrotnie programu START programu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, a także programów „Przedsiębiorczy doktorant” i „Grant Plus” współfinansowanych przez Urząd Marszałkowski Województwa Dolnośląskiego. Wśród nagród i wyróżnień prof. Łukasza Marciniaka są m.in. złote medale na BRUSSELS INNOVA 2014 i na BRUSSELS INNOva 2015, nagroda Oddziału Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu „Iuvenes Wratislaviae (2017) oraz nagroda dla młodego badacza im. George'a Blasse'a przyznawana przez komitet organizacyjny International Conference on Luminescence (2023). Od 2024 r. prof. Łukasz Marciniak jest członkiem Polskiego Towarzystwa Fizycznego oraz redaktorem czasopism „Chemical Engineering Journal” i „Journal of Luminescence”. Jego obecna działalność badawcza dotyczy termometrii i manometrii luminescencyjnej, obrazowaniaopartego na luminescencji, właściwości optycznych nanomateriałów, a także spektroskopiijonów metali przejściowych i lantanowców.