Die Entwicklung des Lichts Ertl, Michael Hauptseminar AC V

Präsentation zum Thema: "Die Entwicklung des Lichts Ertl, Michael Hauptseminar AC V"—  Präsentation transkript:

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

2 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

3 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

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

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

6 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

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+
Eu  Eu3+** (CT) Eu3+**  Eu3+* (Relaxation) Eu3+*  Eu3+ (4f-4f) Eu  Eu2+** (4f-5d) Eu2+**  Eu2+* (Relaxation) 3. Eu2+*  Eu2+ (5d-4f)

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

10 Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

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

12 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

13 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 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

15 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

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

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

18 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

19 Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+
Verbrennungssynthese:

20 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

21 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

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