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Ertl, Michael

Hauptseminar AC V

22.01.2012

Phosphore

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Gliederung

*Die (kurze) Renaissance der Glühbirne

*Die Quecksilberentladungslampe

*Phosphore

*Konfigurationskoordinaten-Diagramm

*Aktivator-Sensibilisator Systeme

*Verlustprozesse

*Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

*Synthese fluoreszierender Mineralien - Y2O3:Eu3+

*Ausblick

*Quellen

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Die (kurze) Renaissance der Glühbirne• 2009: Beginn des „Ausphasen“ der Glühbirne

• Emission gemäß Planck`schem Strahlungsgesetz

• 2010: Wiederauftreten der Glühbirne als Heatball

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Die Quecksilberentladungslampe

Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe

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Die Quecksilberentladungslampe

• Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“

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Lumineszenz – Konfigurationskoordinaten-Diagramm

r: Abstand Metall-LigandS: Huang-Rhys-Faktor

„Charakteristische Lumineszenz“ optische Übergänge

beinhalten nur Zustände eines Ions

Thermische Löschung vergrößert sich mit zunehmendem ΔR (= re – rg)

Franck-Condon Prinzip Bevorzugung bestimmter Übergänge

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Lumineszenz – Konfigurationskoordinaten-Diagramm Keine bzw. schwache Elektron–Phonon

Wechselwirkung 4f-4f Übergänge Linienspektrum

Mittlere Elektron-Phonon Wechselwirkung 4f-5d Übergänge schmale Banden

Starke Elektron-Phonon Wechselwirkung ns2-n1s1 Übergänge; CT Übergänge breite Banden

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Lumineszenz der Lanthanoide – Vergleich Eu3+- Eu2+

1. Eu3+ Eu3+** (CT)2. Eu3+** Eu3+* (Relaxation)3. Eu3+* Eu3+ (4f-4f)

1. Eu2+ Eu2+** (4f-5d)2. Eu2+** Eu2+* (Relaxation)3. Eu2+* Eu2+ (5d-4f)

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Aktivator-Sensibilisator Systeme

S: SensibilisatorA: AktivatorET: Energietransfer

S* + A S + A*• Coulomb-Wechselwirkungen

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Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

Sensibilisator

Aktivator

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Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

LaPO4:CeAbsorption: f-dEmission : d-f

LaPO4:TbAbsorption: f-dRelaxationEmission: f-f

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Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb Kombination der Dotierungen Ce3+ und Tb3+

Ce3+ (Ce3+)* : 4f-5d

(Ce3+)* + Tb3+ Ce3+ + (Tb3+)*: ET

(Tb3+)* Tb3+: 4f-4f

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Verlustprozesse - Lumineszenzlöschung

Absorbierte Energie erreicht den Aktivator nicht

Strahlungslose Relaxation des Aktivators

Reabsorption der lumineszierenden Strahlung

Verlustprozesse begründet im Wirtsgitter und dessen Wechselwirkung

mit dem Aktivator

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YPO4:Ce Y3Al5O12:Ce

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

Verzerrt dodekaedrisch R (P-O) = 2.24Å D größer

Verzerrt dodekaedrisch R (Al-O) = 2.30Å und 2.44Å D kleiner

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YPO4:CeKation: Y3+

Netzwerkbildner: PO43-

Ladungsdichte am O:

Y3Al5O12:CeKation: Y3+

Netzwerkbildner: AlO45- und AlO69-

Ladungsdichte am O:und

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

2-O

P5+

O2-

2-O

O2-

2-O

Al3+

O2-

2-O

O2-

2-O

Al3+

O2-

2-O

O2-

O2-

2-O

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Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

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Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

Kristallfeldaufspaltung ̴ 18000 cm-1

großer 4f – 5d Abstand

Emissionsbande bei 335 & 355 nm

YPO4:Ce Y3Al5O12:Ce

Kristallfeldaufspaltung ̴27000 cm-1

geringer 4f – 5d Abstand Emissionsbande bei 560

nm

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Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+

hervorragende fluoreszierende Eigenschaften

Konventionelle Methode:Festkörperreaktion

der gemahlenen Oxide bei hohen Temperaturen

heutiger Standard: Verbrennungssynthese, Hydrothermaler Prozess, Synthese unter

Mikrowellenbestrahlung

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Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+

Verbrennungssynthese:

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Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+Sol-Gel Verfahren:

Y2O3 Eu2O3

Verdünnte Salpetersäure

transparente Flüssigkeit Chelatbildner

Erhitzen

transparente Flüssigkeit

transparentes Gel

Trocknen + Sintern

Y2O3:Eu3+ Phosphor

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Ausblick

LMU: Eu-dotierte Nitridosilicate mit hoher Effizienz

FH Münster: Entwicklung von Phosphoren für Bio-Assays

Effizienzsteigerung durch Kern-Schale Partikel

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Quellen• Luminescence – From Theory to Apllications, Wiley – VCH, 2008• Untersuchungsmethoden in der Chemie, Wiley-VCH, 2002• Luminescence and its applications, Sunil Sachdev, 1997

• https://www.fh-muenster.de/fb1/personal/professoren/juestel/inkohaerentelichtquellen.php 20.01.2012

• http://libra.msra.cn/Publication/41314711 20.01.2012• http://engine.princeton.edu/users/Xiao/nano.htm 20.01.2012• http://kehengnan.en.b2bfoo.com/products/1725117/Red-Phosphor-fluorescent-Powder-

For-Lamp-yox-Y2O3-Eu-.html 20.01.2012• http://www.heatball.de/ 20.01.2012• http://iopscience.iop.org/1742-6596/187/1/012074/pdf/1742-6596_187_1_012074.pdf

20.01.2012