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Phosphore

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

  1. Phosphore Ertl, Michael Hauptseminar AC V 22.01.2012

  2. 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

  3. 2009: Beginn des „Ausphasen“ der Glühbirne Die (kurze) Renaissance der Glühbirne • Emission gemäß Planck`schem Strahlungsgesetz • 2010: Wiederauftreten der Glühbirne als Heatball

  4. Die Quecksilberentladungslampe Termschema und Emissionsspektrum einer Niederdruckentladungslampe 4

  5. Die Quecksilberentladungslampe • Phosphore als „Wellenlängen-Wandler“ 5

  6. 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+ Eu3+ Eu3+** (CT) Eu3+**  Eu3+* (Relaxation) Eu3+*  Eu3+ (4f-4f) Eu2+ 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 Aktivator Sensibilisator

  11. Aktivator-Sensibilisator Systeme: LaPO4:Ce,Tb LaPO4:Ce 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 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 YPO4:Ce Y3Al5O12:Ce Kation: Y3+ Netzwerkbildner: AlO45-und AlO69- Ladungsdichte am O:und • Kation: Y3+ • Netzwerkbildner: PO43- • Ladungsdichte am O:

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

  17. 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

  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: Eu2O3 Y2O3 Verdünnte Salpetersäure transparente Flüssigkeit Chelatbildner transparente Flüssigkeit Erhitzen transparentes Gel Trocknen + Sintern Y2O3:Eu3+ Phosphor

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

  22. 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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