Sensibilisierung von Nd3+ durch Ce3+ und Eu2+ - Effiziente Materialien für die Konversion von blauer in nahinfrarote Strahlung

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Titel: Sensibilisierung von Nd3+ durch Ce3+ und Eu2+ - Effiziente Materialien für die Konversion von blauer in nahinfrarote Strahlung
Sonstige Titel: Sensitization of Nd3+ by Ce3+ and Eu2+ - Efficient Materials for the Conversion of Blue to Nearinfrared Radiation
Autor(en): Möller, Stephanie
Erstgutachter: Prof. Dr. Markus Haase
Zweitgutachter: Prof. Dr. Thomas Jüstel
Zusammenfassung: Die Synthese und physikalische Untersuchung von Lumineszenzmaterialien für die Konversion von blauer in nahinfrarote Strahlung war das Ziel der vorliegenden Arbeit. Ausgehend von bekannten LED-Leuchtstoffen mit großem Absorptionsquerschnitt im blauen Spektralbereich – basierend auf den vollständig erlaubten Übergängen von Ce3+ und Eu2+ – wurde untersucht, inwieweit solche Leuchtstoffe durch Dotierung mit entsprechenden Aktivatoren Emission im nahinfraroten Spektral-bereich zeigen. Die Hoffnung bestand darin, mit linienemittierenden Selten-Erd-aktivierten Leuchtstoffen in Kombination mit hocheffizienten blauen LEDs die bekannten Probleme nahinfraroter LEDs hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens – Abnahme der Emissionsintensität bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen und gleichzeitig eine Verschiebung der maximalen Emissionswellenlänge – zu überwinden. Einhergehend mit der Suche nach neuen Materialien wurde zunächst eine an die zur Verfügung stehenden Geräte angepasste Methode zur Bestimmung der Photolumineszenz-Quantenausbeute der Nahinfrarotemission erarbeitet, wobei dafür konzentrationsoptimierte (Y,Lu)AG:Ce,Nd-Pulver verwendet wurden. Die Validierung der gemessenen Werte erfolgte unter Zuhilfenahme der publizierten Verzweigungsverhältnisse der Emissionsmultipletts des Neodyms. Die Messabweichung für die ermittelten Quantenausbeuten wurde bestimmt und beträgt ± 10 Prozent relativ. Gegenstand der Suche nach neuen Materialien waren zum einen modifizierte Granatstrukturen ausgehend vom seit den 1970er Jahren bekannten System (Y,Lu)3Al5O12:Ce3+,Nd3+ und zum anderen nitridische Leuchtstoffe aus der Gruppe (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+,Nd3+ (2-5-8-Nitride). Die Suche in der erstgenannten Materialklasse war von wenig Erfolg gekrönt, weil die vorgenommenen Modifikationen des Wirtsmaterials Pfade zu strahlungslosen Relaxation eröffnet haben. So ermöglicht die Co-Dotierung mit Tb3+ die Löschung der Emission des Nd3+ über Kreuzrelaxation, die Substitution von Al3+ gegen Ga3+ führt zur Löschung über Photoionisation und die Untersuchung von siliziumhaltigen Granaten offenbarte, dass über die recht hohen Phononenfrequenzen der Silikate die Nd3+-Emission ebenfalls gelöscht wird. Umso überraschender war der Nachweis der Sensibilisierung der Nd3+-Emission in den Eu2+-kodotierten Nitriden, deren Phononenfrequenzen ähnlich hoch wie die der Silikate liegen. Insbesondere Sr2Si5N8:Eu2+,Nd3+ weist eine intensive Neodymemission unter blauer Anregung auf, deren Quantenausbeute die von (Y,Lu)AG:Ce,Nd übersteigt und für die Emission im nahinfraroten Spektralbereich Werte von mehr als 20 Prozent erreicht. Trotzdem ist auch hier der Energieübertrag vom Eu2+ auf das Nd3+ nicht vollständig, was an der beobachteten Europiumemission im orange-roten Spektralbereich deutlich wird. Darüber hinaus wurden für Nd3+ in den untersuchten 2-5-8-Nitriden im Vergleich zu herkömmlichen Nahinfrarot-LEDs deutlich stabilere Emissionseigenschaften hinsichtlich sowohl der thermischen Löschung als auch der Verschiebung der Lage des Emissionsspektrums nachgewiesen. Ein weiterer Befund der Untersuchungen ist der Identifizierung von elektronischen Übergängen zwischen den 4f- und 5d-Orbitalen des Nd3+ bei vergleichsweise geringen Energien deutlich oberhalb von 250 nm in den untersuchten 2-5-8-Nitriden.
URL: https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-2016120815185
Schlagworte: Optische Spektroskopie; Materialwissenschaften; Lumineszenzkonversionsmaterialien; Funktionsmaterialien
Erscheinungsdatum: 8-Dez-2016
Enthalten in den Sammlungen:FB05 - E-Dissertationen

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