Materiály luminiskující při excitaci Sluncem a jejich aplikace

• Název práce v češtině: Materiály luminiskující při excitaci Sluncem a jejich aplikace
• Název v anglickém jazyce: Materials for solar-excited luminescence applications
• Klíčová slova: luminiscence|radiometrie|spektroskopie|materiály|účinnost
• Klíčová slova anglicky: luminescence|radiometry|spectroscopy|materials|efficiency
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Jan Valenta, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Anna Fučíková, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Úkoly (odpovídající časovým etapám) práce jsou zhruba tyto:
- prostudování základní literatury (a průběžně rešerše odborné literatury o "day time luminescing/fluorescent" materiálech a jejich aplikacích
- seznámení se s metodikou měření výkonové účinnosti a kvantového výtěžku fotoluminiscence s využitím integrační koule
- navržení a zajištění základního souboru vzorků
- charakterizace luminiscenčních vlastností základního souboru vzorků s použitím umělých zdrojů světla
- osvojení si metodiky zpracování experimentálních dat
- provedení charakterizace na slunečním světle
- porovnání výsledků, vysvětlení rozdílů a vyvození závěrů
- případně (dle času a zájmu) měření dalších sad vzorků

Seznam odborné literatury

I. Pelant a J. Valenta: Luminiscenční spektroskopie polovodičů I. Academia, Praha 2006.
P. Malý: Optika. Karolinum, Praha 2008.
J. Valenta, et al.: Radiometric characterization of daytime luminescent materials directly under the solar illumination. AIP Advances 14, 105113 (2024).
J. Valenta: Determination of absolute luminescence quantum yields of luminescing nanomaterials over a broad spectral range: From the integrating sphere theory to the correct methodology, Nanoscience Methods 3 (2014) 11-27.
a další odborná časopisecká literatura

Předběžná náplň práce

Materiály účinně luminiskující při sluneční excitaci (day-glo) v současnosti dosahují vysokých kvantových výtěžků a slušné stability. Tento pokrok umožňuje rozšířit rozsah jejich aplikací od signalizačních a bezpečnostních účelů až po využití slunečního světla (luminiscenční solární koncentrátory) nebo radiační-ochlazování městských povrchů (zmírnění efektu městského tepelného ostrova). Účinnost luminiscence je pochopitelně klíčovým parametrem těchto materiálů.
Tento projekt má za úkol zkoumat vhodné charakterizační metody luminoforů určených pro aplikace pod slunečním zářením. Běžné laboratorní testování nedokáže dokonale napodobit celé sluneční spektrum (solární simulátory mají obvykle špatné vlastnosti v ultrafialové (UV) oblasti a často velmi špatné nebo chybějící infračervené (IR) spektrální oblasti) a někdy je také excitační výkon mnohem nižší než solární (~1 kW/m2).
Spektrální rozložení absorpce a emise spolu s absolutní hodnotou energetické účinnosti a kvantového výtěžku jsou potřebné pro vývoj těchto materiálů. V případě aplikací pro využití sluneční energie nebo pro radiační chlazení jsou tyto parametry nutné pro teoretické modelování a optimalizaci.
Day-glo materiály jsou velmi nadějné pro aplikace, jejímž cílem je zmírnit účinky globálního oteplování snížením solárního ohřevu městských povrchů - nejen povrchů budov, ale můžeme přemýšlet o lidském oblečení. Existují již velmi účinné pigmenty day-glo (zejména zelené a oranžové) používané např. v bezpečnostních vestách, které vyzařují více než polovinu energie, kterou absorbovaly ze slunečního spektra.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The materials efficiently luminescing under solar excitation (day-glo) are currently reaching high quantum yields and decent stability. This progress enables to broaden their application range from signalling and safety purposes to solar light harvesting (luminescent solar concentrators) or daytime radiative cooling of urban surfaces (mitigation of the urban heat island effect). Efficiency of emission is, obviously, the key parameter of day-glo materials.
This project is addressing the question of the appropriate characterization method of luminophores intended for applications under solar irradiation. The common laboratory testing cannot perfectly mimic the whole solar spectrum (solar simulators usually have bad characteristics in ultraviolet (UV) range and often very bad or missing infrared (IR) spectral range) and sometimes also the excitation power is much lower that the solar one (~1 kW/m2).
The spectral distribution of absorption and emission along with the absolute value of power efficiency and quantum yield are needed for developing the day-glo materials. In case of solar power harvesting or radiative-cooling applications these parameters are required for theoretical modelling and optimization.
The day-glo materials have bright perspective in application aiming to mitigate the effects of global warming by reducing solar heating of urban surfaces - not only surfaces of buildings, but we may think about human clothing. There are already very efficient day-glo pigments (especially the green and orange ones) used e.g. in the safety vests, which emits more than half of power they absorbed from the solar spectrum.