Innowacyjne projekty pod kierownictwem  prof. dr hab. Marka Grinberga z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Zakład Spektroskopii Fazy Skondensowanej Wydział Matematyki Fizyki i Informatyki.

PL-US  Projekt nr 3; Spektroskopia wysokociśnieniowa materiałów optycznych – wspólne badania profesora Marka Grinberga, Instytut Fizyki Doświadczalnej UG i Kevina L. Bray, Department of Chemistry, Washington State University.

Opis projektu: Wspólne badania dotyczyły charakteryzacji centrów luminescencji w matrycach stałych, takich jak kryształy, szkła i ceramiki domieszkowane jonami metali przejściowych i ziem rzadkich. Proponowaną metodą badawczą była wysokociśnieniowa spektroskopia optyczna, tzn. badano widma luminescencji, widma wzbudzenia oraz zaniki luminescencji układów poddawanych wysokiemu ciśnieniu hydrostatycznemu w komorach z kowadłami diamentowymi. Kryształy domieszkowane jonami  Cr³⁺  i Ti³⁺ mogą mieć zastosowanie jako aktywne materiały laserowe dla laserów impulsowych o czasie życia impulsu fs  10^-12  s.  Kryształy domieszkowane  jonami Eu²⁺ znalazły później zastosowanie jako luminofor w diodach świecących.

Badano fluorki i tlenki domieszkowane jonami Cr³⁺ i Ti³⁺ oraz Ce³⁺ i Eu²⁺, w szczególności pomiary   w zakresie wysokociśnieniowej spektroskopii LiSc (WO₄)₂:Cr³⁺, SrLaAlO₄:Cr³⁺,  Al₂O₃:Ti³⁺, YAlO_3:Ti³⁺ oraz KMgF₃:Eu²⁺ . Wyniki zostały opublikowane w szeregu artykułach w  Physical  Review oraz Journal of Physics, Condensed Matter.

Oprócz artykułów opublikowanych w międzynarodowych periodykach naukowych, ważnym  wynikiem projektu były doktoraty mgr Justyny Barzowskiej i mgr Wojciecha Gryka, których podstawą są badania wykonane przez nich podczas pobytów w Washington State University. 

Projekt Rozwojowy nr 13; Synteza i charakteryzacja optycznych materiałów funkcjonalnych.

Czas projektu: 36 miesięcy.    

Opis projektu: Projekt dotyczy otrzymywania i charakteryzacji nieorganicznych i organicznych materiałów aktywnych optycznie, takich jak: luminofory, pigmenty oraz znaczniki optyczne. 

Badanie i synteza luminoforów wykonuje się głównie dla potrzeb przemysłu oświetleniowego i obejmie luminofory do energooszczędnych świetlówek kompaktowych oraz lamp LED. Kolejnym celem projektu jest synteza i charakteryzacja pigmentów fosforescencyjnych do produkcji farb i folii charakteryzujących się długożyciową fosforescencją (do kilu godzin) o różnej barwie świecenia, pojawiającego się wskutek napromieniowania światłem UV-Vis. Pigmenty te w zależności od ich parametrów znajdą zastosowanie do farb, do oznakowań dróg ewakuacyjnych (długi czas życia) lub do farb luminescencyjnych używanych do oznakowania w ruchu drogowym. 

Proponujemy zastosowanie znaczników luminescencyjnych do oznakowania produktów akcyzowanych (materiały pędne, alkohole techniczne), a także produktów markowych. 

Materiały nieorganiczne zostaną otrzymane w wyniku syntezy w ciele stałym w wysokich temperaturach 800-1200⁰C. Natomiast do otrzymania materiałów organicznych wykorzysta się nowoczesny niskotemperaturowy proces zol-żel. Przewiduje się uruchomienie stanowisk syntezy materiałów tlenkowych i fluorkowych domieszkowanych jonami lantanowców. W ramach badań strukturalnych planuje się badania struktury krystalicznej metodami rentgenowskimi oraz morfologii  przy pomocy mikroskopii elektronowej. Najważniejsze badania będą dotyczyć własności spektroskopowych otrzymanych materiałów i badania widm oraz  kinetyki luminescencji. Analiza wyników tych badań otrzymanych w różnych warunkach (wysokie ciśnienie hydrostatyczne, niska i wysoka temperatura) oraz powiązanie otrzymanych rezultatów z procesami technologicznymi pozwoli na znaczne zwiększenie zasobu wiedzy nie tylko o materiałach, ale także w procesach w nich zachodzących. Najbardziej istotne są tu procesy luminescencji, transportu energii wzbudzenia oraz procesy bezpromieniste. 

Sądzimy, że realizacja projektu pozwoli na opracowanie nowych materiałów aktywnych optycznie dla potrzeb istniejącego przemysłu nowoczesnych źródeł światła (luminofory), jak również będzie stymulowała nowe ich zastosowania (farby fosforescencyjne, znaczniki luminescencyjne) .

Projekt OPUS  nr 18 (NCN); Procesy lokalizacji / delokalizacji nośników w luminoforach domieszkowanych jonami lantanowców.

Skrócony opis projektu (popularny): Projekt dotyczy badania  przewodnictwa i fotoprzewodnictwa  (efekt przewodzenia prądu elektrycznego pod wpływem oświetlenia) materiałów, które w normalnych warunkach są izolatorami (dielektrykami). Materiały objęte badaniami to materiały tlenkowe, azotki, tlenoazotki i tlenosiarczki w postaci monokryształów, proszków i nanomateriałów domieszkowane metalami z grupy lantanowców, które stanowią centra świecące (luminescencyjne). Materiały te od dawna znajdują zastosowanie jako luminofory do diod świecących i jako materiały scyntylacyjne. Ważnym, nowym zastosowaniem luminescencyjnych nanomaterałów jest ich użycie w fototerapii i w fotodiagnostyce medycznej. W tym ostatnim przypadku wykorzystuje się zjawisko luminescencji opóźnionej w czasie, polegające na  świeceniu nanomateriału wprowadzonego do żywego organizmu, trwające nawet do kilku godzin. Nie wszystkie związki, pomimo domieszkowania aktywatorami luminescencji, posiadają własności luminescencyjne. Choć struktura elektronowa domieszek lantanowców jest dość dobrze znana, ogólnie przyjęte procedury doboru matryc i domieszek, opierają się na ekstensywnym i kosztownym syntezowaniu wielu związków i wybieraniu najlepszego z nich.   Proponowane badania przewodnictwa i fotoprzewodnictwa, połączone z badaniami spektroskopowymi  poprzez poznanie detali struktury energetycznej układu „domieszka – sieć krystaliczna”   mają na celu ustalenie związków pomiędzy parametrami makroskopowymi sieci krystalicznej gospodarza (np. rodzaj wiązań chemicznych czy odległości międzyatomowe, rodzaj naturalnych defektów), a wydajnością luminescencji.  

Projekt polsko-tajwański.   

Projekt pn. Emitujące w wąskich pasmach luminofory do diod świecących do oświetleń i podświetleń (Narrow Band Phosphors for the Application in Lighting and Backlighting of Light-emitting Diodes, akronim: NBBPL). Termin: 2018-2020. Projekt prof. dr hab. Marka Grinberga z Instytutu Fizyki Doświadczalnej otrzymał dofinansowanie w ramach piątego konkursu na wspólne projekty bilateralne w ramach współpracy polsko-tajwańskiej, realizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBR) i Ministerstwo Nauki i Technologii w Tajpej (MOST). Partnerem zagranicznym projektu jest grupa prof. Ru-Shi Liu z Narodowego Uniwersytetu w Tajwanie.

Opis projektu: Prezentowany projekt jest kontynuacją wspólnych badań prowadzonych przez grupę prof. R. S. Liu w Narodowym Uniwersytecie w Tajwanie oraz grupę prof. Marka Grinberga w Uniwersytecie Gdańskim w ramach projektu „Nowe luminofory dla białych diod świecących”, który skończy się 31 grudnia 2017 roku. Badania prowadzone są w trzech kierunkach: (i) syntezy i charakteryzacji wąskopasmowych luminoforów dla diod świecących LED i WLED na bazie tlenków, azotków i tlenoazotków domieszkowanych jonami Eu²⁺ oraz fluorków domieszkowanych jonami Mn⁴⁺, (ii) syntezy i charakteryzacji nowych materiałów dla wyświetlaczy ciekłokrystalicznych, w szczególności święcących w zakresie czerwonym oraz (iii) syntezy i charakteryzacji kropek kwantowych o strukturze perowskitu jako potencjalnych luminoforów. Projekt dotyczy w głównej mierze aplikacji, ze względu na nowatorskość projektu potrzebne jest zadanie, polegające na matematycznym obliczeniach struktury energetycznej badanych materiałów (WP5). Prace rozwojowe obejmują (i) opracowanie procesów syntezy pozwalających na kontrolę stanu utlenienia domieszek poprzez ko-domieszkowanie jonami metali i sterowanie energią poziomu Fermiego, (ii) powiązanie kształtu widma jonów Mn⁴⁺ ze składem i strukturą matryc oraz (iii) modelowanie struktury energetycznej układu sieć – domieszka oraz struktury energetycznej kompensujących defektów punktowych metodami ab initio. Aspekty aplikacyjne wynikają z możliwości zastosowania otrzymywanych materiałów w realnych urządzeniach. W Uniwersytecie w Tajwanie standardowo wykonuje się demonstratory LED i WLED. Syntezy nowych materiałów wykonywane będą głównie w Uniwersytecie w Tajwanie, analiza spektralna otrzymanych materiałów oraz modelowanie struktury energetycznej wykonywane będą w Uniwersytecie Gdańskim. W ramach projektu przewiduje się zastosowanie unikatowych w skali światowej metod syntezy, takich jak reakcje przeprowadzane w kontrolowanej atmosferze w wysokich ciśnieniach i wysokich temperaturach oraz spektroskopia w wysokich ciśnieniach hydrostatycznych w komorach z kowadłami diamentowymi.

Projekt dydaktyczny.  

Projekt: Fizyka dla przyszłości. W ramach projektu zakupiono kompletne wyposażenie nowoczesnego dydaktycznego laboratorium fizycznego dla studentów i doktorantów kierunku Fizyka Uniwersytetu Gdańskiego. Projekt zrealizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego dla Województwa Pomorskiego na lata 2007 – 2013; Oś Priorytetowa 2. Społeczeństwo Wiedzy; Działanie 2.1. Infrastruktura edukacyjna i naukowo – badawcza.

Opis projektu: Na potrzeby laboratorium zakupiono setki nowych urządzeń. Wszystkie spełniają walory nowoczesności i najnowszych rozwiązań technologicznych w swoich klasach. Kilka przyrządów to unikaty w skali krajowej, przewyższające poziomem technicznym przyrządy, jakimi dysponują pracownie naukowe polskich uczelni. Takimi przyrządami są np. w pełni
zautomatyzowany spektrometr ramanowski Aramis; spektrofluorymetr Fluoromax – 4P, skaningowy mikroskop elektronowy TM-1000; unikalne zestawy do badania superpozycji i splątania stanów dla układów mikroskopowych. Zakupiony sprzęt pozwolił na utworzenie ponad 40 stanowisk ćwiczeniowych. Zapewniają one ogromną gamę możliwości pomiarowych: od doświadczalnej weryfikacji fundamentalnych aspektów fizyki do nauki najnowocześniejszych zastosowań fizyki współczesnej. Zakres dziedzin fizyki ujętych w tematykach stanowisk doświadczalnych zaczyna się od fizyki atomowej, spektroskopii molekularnej, poprzez fizykę laserów, ciała stałego, akustykę, a kończy na fizyce biomedycznej i informacji kwantowej.

Prof. dr hab. Marek Grinberg

Data urodzenia: 27.04.1952 r. 

Miejsce pracy: Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytet Gdański, 

Stopnie naukowe:

1976 – magister fizyki, Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu,

1986 – doktor  nauk  fizycznych, Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu,

1995 – doktor habilitowany (specjalność: fizyka ciała stałego), Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, 2006 – Tytuł profesora. 

Zatrudnienie:

1976-1984 –  Asystent stażysta, asystent, starszy  asystent, Politechnika Warszawska, Filia w Płocku.

1984-1986 – Starszy asystent, Zakład Fizyki Półprzewodników, Instytut Fizyki UMK w Toruniu.

1986-1992 – Adiunkt, Zakład Fizyki Półprzewodników, Instytut Fizyki UMK w Toruniu.

1992-1998 –  Adiunkt, Zakład Optoelektroniki, Pracownia Optoelektroniki Ciała Stałego, Instytut Fizyki UMK w Toruniu.

1992-1992 – Associated  Scientist, Laboratoire de Physico-Chimie des  Materiaux  Luminescents Universite Lyon I, Lyon, Francja.

• – Senior Researcher, Optical Materials Research Centre, Department of Physics and Applied Physics, University of Strathclyde, Glasgow U.K.

1998 -1998 – Visiting Professor, Dipartimento Di Energetica, Universita Degli Studi Di.

2000 – Visiting Professor, Faculty of Engineering, Kyoto Sangyo University, Japan

od  1998 – Profesor nadzwyczajny Uniwersytetu Gdańskiego, Instytut Fizyki Doświadczalnej UG, Roma, La Sapienza, Roma, Italy.

1999-2001 – Dyrektor Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytet Gdański.

od 2006 – profesor zwyczajny Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytet Gdański.

2016-2016 – Visiting professor, Electrical Engineering, School of Electrical Engineering and Computer Science, Ohio University, Athens Ohio USA.

W latach w 1992-2000 wiele krótkich wizyt w Laboratoire de Physico- Chimie des Materiaux Luminescents, Universite Lyon, France; Department of Physics and Applied Physics University of Strathclyde, Glasgow, Scotland, Department of Chemistry, Washington State University, USA; Institut Fur Laser Physik, Universitat Hamburg.

W latach 2001-2018 wiele krótkich wizyt w Deapartment of Chemistry, National Taiwan University, Taipei, Taiwan, University of Kyoto, Kyoto, Japonia, South China University of Technology, Guanhzhou, Chiny; Pukyong National University Busan,  Korea; Lanzhou University, Lanzhou, Chiny.

Uprawiane dziedziny badań:

Fizyka półprzewodników. Spektroskopia ciała stałego. Teoria procesów promienistych i bezpromienistych. Fizyka materiałów luminescencyjnych. 

Liczba wypromowanych doktorów: 4

Liczba doktorantów: 4

Członkostwo w Towarzystwach Naukowych: Member of Polish Physical Society; Member of Opical Society of America; Member of Polish Society of Crystal Growth.

Recenzent w czasopismach międzynarodowych: Journal of Luminescence, Physical Review B, Physical Review C, Physical Review Letters, Nature, Optical Materials, Chemical Physics Letters, Chemical Physics, Radiation Measurements,  Journal of Physics: Condensed Matter, Review on Advanced Materials (Russia), Journal of Noncrystalline Solids, Journal of Alloys and Compounds,  Materials Chemistry and Physics, Acta Physica Polonica (Poland) , Transactions on Nuclear Science.

Edytor wydań specjalnych: Acta Physica Polonica, Optical Materials, Radiation Measurements.

Nagrody i wyróżnienia: Liczne Nagrody rektora za działalność naukową I, II i III stopnia. Medal Edukacji Narodowej.