Phosphore
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Phosphore. Ertl, Michael Hauptseminar AC V 22.01.2012. Die (kurze) Renaissance der Glühbirne Die Quecksilberentladungslampe Phosphore Konfigurationskoordinaten-Diagramm Aktivator-Sensibilisator Systeme Verlustprozesse Einfluss des Wirtsgitters: YPO 4 :Ce – Y 3 Al 5 O 12 :Ce

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Presentation Transcript


Phosphore

Phosphore

Ertl, Michael

Hauptseminar AC V

22.01.2012


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

Gliederung


Die kurze renaissance der gl hbirne

  • 2009: Beginn des „Ausphasen“ der Glühbirne

Die (kurze) Renaissance der Glühbirne

  • Emission gemäß Planck`schem Strahlungsgesetz

  • 2010: Wiederauftreten der Glühbirne als Heatball


Phosphore

Die Quecksilberentladungslampe

Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe

4


Phosphore

Die Quecksilberentladungslampe

  • Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“

5


Phosphore

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


Phosphore

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


Phosphore

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)


Phosphore

Aktivator-Sensibilisator Systeme

S: Sensibilisator

A: Aktivator

ET: Energietransfer

  • S* + A  S + A*

  • Coulomb-Wechselwirkungen


Phosphore

Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

Aktivator

Sensibilisator


Phosphore

Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

LaPO4:Ce

Absorption: f-d

Emission : d-f

LaPO4:Tb

Absorption: f-d

Relaxation

Emission: f-f


Phosphore

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


Phosphore

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


Phosphore

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

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


Phosphore

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

YPO4:Ce

Y3Al5O12:Ce

Kation: Y3+

Netzwerkbildner: AlO45-und AlO69-

Ladungsdichte am O:und

  • Kation: Y3+

  • Netzwerkbildner: PO43-

  • Ladungsdichte am O:


Phosphore

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce


Phosphore

Einfluss des Wirtsgitters: YPO4:Ce – Y3Al5O12:Ce

YPO4:Ce

Kristallfeldaufspaltung ̴ 18000 cm-1

 großer 4f – 5d Abstand

 Emissionsbande bei 335 & 355 nm

Y3Al5O12:Ce

  • Kristallfeldaufspaltung ̴ 27000 cm-1

  •  geringer 4f – 5d Abstand

  •  Emissionsbande bei 560 nm


Phosphore

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


Phosphore

Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+

Verbrennungssynthese:


Phosphore

Synthese fluoreszierender Materialien – Y2O3:Eu3+

Sol-Gel Verfahren:

Eu2O3

Y2O3

Verdünnte Salpetersäure

transparente Flüssigkeit

Chelatbildner

transparente Flüssigkeit

Erhitzen

transparentes Gel

Trocknen + Sintern

Y2O3:Eu3+ Phosphor


Phosphore

Ausblick

Effizienzsteigerung durch Kern-Schale Partikel

LMU: Eu-dotierte Nitridosilicate mit hoher Effizienz

FH Münster: Entwicklung von Phosphoren für Bio-Assays


Phosphore

Quellen

  • Luminescence – FromTheorytoApllications, Wiley – VCH, 2008

  • Untersuchungsmethoden in der Chemie, Wiley-VCH, 2002

  • Luminescenceanditsapplications, SunilSachdev, 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


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