Mikro- a nanopóry v transparentní keramice: experimentální charakterizace a modelování rozptylu světla

Transparentní keramika je využívána pro pevnolátkové lasery, scintilátory, luminofory výkonných LED nebo balistickou ochranu, kde v řadě parametrů předčí sklo i monokrystaly. Její optická kvalita je však limitována rozptylem světla na reziduálních pórech – již setiny procenta pórovitosti mohou zásadně snížit transmitanci. Rozptyl světla lze kvantitativně předpovědět pomocí Mieovy teorie, spolehlivost predikce je však přímo určena kvalitou vstupních dat o množství a velikosti pórů. Jejich charakterizace představuje dosud prakticky nevyřešený problém: konvenční metody stanovení pórovitosti a velikosti pórů nemají při velmi nízké pórovitosti a velikosti pórů dostatečnou citlivost, elektronová mikroskopie zkoumá pouze povrch řezu zatížený artefakty z přípravy a nanopóry, které ve vysoce průhledné keramice tvoří významnou část reziduální pórovitosti, leží pod rozlišovací mezí optických metod. Konfokální laserová mikroskopie umožňuje nedestruktivně zobrazit mikropóry, zatímco přítomnost nanopórů se projevuje charakteristickou spektrální závislostí transmitance. Cílem práce je rozvinout metodiku stanovení pórovitosti a velikosti pórů, která propojí konfokální laserovou mikroskopii mikropórů s modelováním rozptylu světla na nanopórech, a vyhodnotit, zda a do jaké míry jsou takto získané mikrostrukturní charakteristiky spolehlivým vstupem pro predikci průhlednosti keramiky.

Práce zahrnuje zobrazení pórů ve vzorcích transparentní a translucentní keramiky s kubickou strukturou (např. Y3Al5O12, MgAl2O4) konfokálním laserovým mikroskopem a návrh postupu obrazové analýzy pro stanovení objemové frakce a distribuce velikosti mikropórů. Výsledky budou porovnány s daty ze skenovací elektronové mikroskopie, Archimedovy metody a heliové pyknometrie. V UV–Vis–NIR oblasti bude změřena spektrální závislost tzv. "real in-line transmittance" (RIT) a celkové transmitance měřené s integrační koulí. Naměřená data budou porovnána s teoretickou transmitancí vypočtenou na základě Mieovy teorie rozptylu světla a ze spektrálního průběhu jejich rozdílu bude vyhodnocen vliv nanopórů. Téma navazuje na projekt zaměřený na vztah mikrostruktury a optických vlastností transparentní oxidové keramiky, podaný v roce 2026, a výsledky práce budou podkladem pro další výzkum v této oblasti.