Die Entwicklung des Lichts Ertl, Michael Hauptseminar AC V 22.01.2012 Phosphore Ertl, Michael Hauptseminar AC V 22.01.2012

Die Entwicklung des Lichts 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

Die (kurze) Renaissance der Glühbirne Die Entwicklung des Lichts Die (kurze) Renaissance der Glühbirne 2009: Beginn des „Ausphasen“ der Glühbirne Emission gemäß Planck`schem Strahlungsgesetz 2010: Wiederauftreten der Glühbirne als Heatball

Die Entwicklung des Lichts Die Quecksilberentladungslampe Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe 4

Die Entwicklung des Lichts Die Quecksilberentladungslampe Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“ 5

Die Entwicklung des Lichts Lumineszenz – Konfigurationskoordinaten-Diagramm „Charakteristische Lumineszenz“ optische Übergänge beinhalten nur Zustände eines Ions r: Abstand Metall-Ligand S: Huang-Rhys-Faktor Thermische Löschung vergrößert sich mit zunehmendem ΔR (= re – rg) Franck-Condon Prinzip  Bevorzugung bestimmter Übergänge

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

Lumineszenz der Lanthanoide – Vergleich Eu3+- Eu2+ Eu3+  Eu3+** (CT) Eu3+**  Eu3+* (Relaxation) Eu3+*  Eu3+ (4f-4f) Eu2+  Eu2+** (4f-5d) Eu2+**  Eu2+* (Relaxation) 3. Eu2+*  Eu2+ (5d-4f)

Aktivator-Sensibilisator Systeme S: Sensibilisator A: Aktivator ET: Energietransfer S* + A  S + A* Coulomb-Wechselwirkungen

Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb Absorption: f-d Emission : d-f LaPO4:Tb Absorption: f-d Relaxation Emission: f-f

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

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

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

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce Kation: Y3+ Netzwerkbildner: PO43- Ladungsdichte am O: − 3 4 Kation: Y3+ Netzwerkbildner: AlO45- und AlO69- Ladungsdichte am O:− 5 4 und − 9 4

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce Kristallfeldaufspaltung ̴ 18000 cm-1  großer 4f – 5d Abstand  Emissionsbande bei 335 & 355 nm Kristallfeldaufspaltung ̴ 27000 cm-1  geringer 4f – 5d Abstand  Emissionsbande bei 560 nm

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

Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+ Verbrennungssynthese:

Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+ Sol-Gel Verfahren: Y2O3 Eu2O3 Verdünnte Salpetersäure transparente Flüssigkeit Chelatbildner transparente Flüssigkeit Erhitzen transparentes Gel Trocknen + Sintern Y2O3:Eu3+ Phosphor

Effizienzsteigerung durch Kern-Schale Partikel Ausblick Effizienzsteigerung durch Kern-Schale Partikel LMU: Eu-dotierte Nitridosilicate mit hoher Effizienz FH Münster: Entwicklung von Phosphoren für Bio-Assays

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