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Ertl, Michael
Hauptseminar AC V
22.01.2012
Phosphore
2
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
3
Die (kurze) Renaissance der Glühbirne• 2009: Beginn des „Ausphasen“ der Glühbirne
• Emission gemäß Planck`schem Strahlungsgesetz
• 2010: Wiederauftreten der Glühbirne als Heatball
44
Die Quecksilberentladungslampe
Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe
55
Die Quecksilberentladungslampe
• Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“
6
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
7
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
8
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)
9
Aktivator-Sensibilisator Systeme
S: SensibilisatorA: AktivatorET: Energietransfer
S* + A S + A*• Coulomb-Wechselwirkungen
10
Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb
Sensibilisator
Aktivator
11
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
14
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
16
Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce
17
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