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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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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
slide4

Die Quecksilberentladungslampe

Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe

4

slide5

Die Quecksilberentladungslampe

  • Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“

5

slide6

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

slide7

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
slide8

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)

slide9

Aktivator-Sensibilisator Systeme

S: Sensibilisator

A: Aktivator

ET: Energietransfer

  • S* + A  S + A*
  • Coulomb-Wechselwirkungen
slide11

Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb

LaPO4:Ce

Absorption: f-d

Emission : d-f

LaPO4:Tb

Absorption: f-d

Relaxation

Emission: f-f

slide12

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

slide13

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

slide14

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
slide15

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:
slide17

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
slide18

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
slide20

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

slide21

Ausblick

Effizienzsteigerung durch Kern-Schale Partikel

LMU: Eu-dotierte Nitridosilicate mit hoher Effizienz

FH Münster: Entwicklung von Phosphoren für Bio-Assays

slide22

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