Lumineszenzeigenschaften von undotierten und Selten-Erd-dotierten Oxiden und deren Änderung durch Substitution
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das beschriebene Projekt hat die Untersuchung des Einflusses von Substitutionen auf die Lumineszenzeigenschaften von eindotierten Lanthanidionen, speziell von Eu2+, zum Thema. Zum einen sind Lumineszenzmaterialien durch die Dotierung selbst schon substituierte Systeme, da reine Lanthanidverbindungen die Emission in der Regel quenchen. Außerdem ändern sich die Lumineszenzeigenschaften eines dotierten Ions durch Änderung der Koordinationssphäre; dieser Effekt ist insbesondere im Falle von Eu2+-Ionen extrem stark. Dabei ist es insbesondere interessant, die Koordinationssphäre durch Anionensubstitution gezielt zu verändern und die Änderung der optischen Eigenschaften zu untersuchen, um die Korrelation zu verstehen. Im beschriebenen Teilprojekt sollte daher die Abhängigkeit der Lumineszenzeigenschaften vor allem von Eu2+-dotierten Verbindungen von der Substitution des Wirtsgitters untersucht werden. Einerseits sollte die Änderung der optischen Eigenschaften von monoklinem ZrO2:Eu2+ bei der Zr-Substitution durch Yttrium (Yttrium-stabilisiertem ZrO2, YSZ) und der damit verbundenen Änderung der Struktur, also eine Substitution des Kationenteilgitters und der damit einhergehenden Bildung von Sauerstoff-Leerstellen Gegenstand der Untersuchung sein. Da die Lumineszenzeigenschaften der reinen Oxide stark von der Präparationsmethode abhängen, wurden zuerst diese im Detail aufgeklärt, um eine Zuordnung der Banden der Eu-dotierten Verbindungen zu ermöglichen. Zusätzlich sollten die Oxidionen durch Stickstoff-Ionen substituiert werden. Leider waren wir nicht erfolgreich, definierte, N-substituierte Proben herzustellen, dies gelang auch nicht zufriedenstellend durch Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis von Martin Lerch. Entsprechende Arbeiten wurden an ZnO2:Eu2+ durchgeführt, dabei sollte das Anionengitter teilweise durch Schwefel substituiert werden. Leider konnte der Einbau von Eu-Ionen nicht zweifelsfrei belegt werden. Daher wurden die Mischungsreihen BaS/BaSe:Eu2+ und CaCl2/CaBr2:Eu2+ verwendet, um den Einfluss unterschiedlicher Anionensubstitution auf die Lumineszenzeigenschaften von Eu2+ im Detail zu untersuchen. Ein interessantes Ergebnis ist, dass im Falle der Ca- Halogenide das Eu-Emissionsmaximum mit zunehmendem Br-Gehalt bei niedrigerer Energie liegt, während es für die Ba-Chalkogenide mit zunehmendem Se-Gehalt energetisch ansteigt. Offensichtlich ist im ersten Fall die leicht höhere Kovalenz der Br-Ionen der entscheidende Faktor, während für letztere die kleinere Kristallfeldaufspaltung der Se-Ionen zum Tragen kommt. Diese Ergebnisse sind sicherlich entscheidend für das tiefere Verständnis der Lumineszenz-Eigenschaftsbeziehungen zweiwertiger Lanthanidionen, sie werden auch dabei helfen, gezielt Leuchtstoffe für Anwendungen zu finden. Schließlich konnten die optischen Eigenschaften von unsubstituierten und N-substituierten Ga-O-Verbindungen (in Koop. mit dem AK Martin) und Ce-substituierten Zr-Gd-O- Verbindungen (in Koop. mit dem AK Wiemhöfer) aufgeklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Dissertation. „Luminescence of Eu2+ and Sm2+ in new Host Lattices". Siegen, 2007
Ming Sun-Wagener
