Universität zu Köln

Quantum Cutting in Selten-Erd-dotierten neuen Wirtsgittern

Schiffbauer, Daniel (2003) Quantum Cutting in Selten-Erd-dotierten neuen Wirtsgittern. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Eine aktuelle Herausforderung auf dem Gebiet lumineszierender Materialien ist die Entwicklung von Leuchtstoffen mit Anregungsenergien im VUV-Bereich, deren sichtbare Quantenausbeute 100 % übersteigt. Viel versprechende Kandidaten für solche so genannten Quantum Cutter sind mit dreiwertigen Selten-Erd-Ionen dotierte fluoridische Wirtsverbindungen, deren gezielte Synthese und strukturchemische Charakterisierung anhand von Einkristalldaten ein Ziel dieser Arbeit war. Zum anderen wurden VUV-spektroskopische Untersuchungen an dotierten Systemen vorgenommen, um Schlussfolgerungen bezüglich des Wirtsgittereinflusses auf die elektronischen Übergänge anstellen zu können. Die Synthese erfolgte aus den Schmelzen der jeweiligen binären Fluoride. Dabei konnten die im Elpasolith-Typ kristallisierenden Verbindungen K2NaYF6, Cs2NaGdF6, Cs2KYF6 und Cs2KGdF6, erhalten werden. Als weitere quaternäre Verbindungen wurden Na2MgInF7 und K2CaGdF7 dargestellt, von denen die erste im orthorhombischen Weberit-Typ kristallisiert und die zweite eine fehlbesetzte Flussspat-Struktur besitzt. Na3InF6 und K3InF6 erwiesen sich als weitere Vertreter des Elpasolith-Typs, wohingegen Li3InF6 orthorhombisch (Pnma) kristallisiert. Es wurden ferner die ternären Gd-Fluoride LiGdF4 (tetragonal, I41/a), NaGdF4 (hexagonal, P-6) K2GdF5 (orthorhombisch, Pnma), CsGd2F7 (hexagonal, P63/mmc) und Ba4Gd3F17 (trigonal, R-3) dargestellt. Spektroskopische Messungen wurden an Pr3+- und Eu3+-dotierten Wirtsgittern des Elpasolith-Typs durchgeführt. Erstere zeigten neben einer Pr3+-Kaskadenemission auch unerwünschte d-f-Emissionen, was dafür sprechen könnte, dass die Pr3+-Ionen nicht nur eine kristallographische Lage einnehmen. Untersuchungen an der Verbindung K2NaYF6:Pr3+, Mn2+ zeigten neben Pr3+- auch Mn2+-Emission, die jedoch nicht durch Energietransfer von Pr3+ auf Mn2+ zustande kommt. Anhand der Spektren der Eu3+-dotierten Verbindungen wurde deutlich, dass die Eu3+-Ionen nahezu ausschließlich zentrosymmetrische Lagen besetzen. Die Messungen an Gd3+/Eu3+-Systemen ergaben einen effizienten Energietransfer von Gd3+ auf Eu3+, aber kein Quantum Cutting, da die 6GJ-Zustände von Gd3+ durch O2--Eu3+-LMCT-Übergänge überlagert werden.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    One of the most recent challenges in the field of luminescent materials is the development of compounds with excitation energies in the VUV-range exhibiting a visible quantum yield of more than 100%. Very promising candidates for these so-called quantum cutters are fluoridic host lattices doped with trivalent rare-earth ions. The synthesis via the solid state route and the structural characterisation with single crystal X-ray diffraction methods was one aim of this thesis. Another aim was the examination of the doped systems with VUV-spectroscopic methods in order to examine the influence of the host lattice on the electronic transitions. The samples were prepared from mixtures of the corresponding binary fluorides in a melt. The quaternary compounds K2NaYF6, Cs2NaGdF6, Cs2KYF6 and Cs2KGdF6 exhibit the elpasolite-type of structure, Na2MgInF7 the orthorhombic Weberit-type and K2CaGdF7 a disordered CaF2-type of structure. The ternary compounds Na3InF6 and K3InF6 show the Elpasolith structure type, but Li3InF6 crystallises in the orthorhombic space group Pnma. In addition to these a number of further ternary Gd-fluorides has also been synthesised, including LiGdF4 (tetragonal, I41/a), NaGdF4 (hexagonal, P-6), K2GdF5 (orthorhombic, Pnma), CsGd2F7 (hexagonal, P63/mmc) and Ba4Gd3F17 (trigonal, R-3). Spectroscopic measurements have been carried out on elpasolite-type host lattices doped with Pr3+ and Eu3+. The Pr3+ doped samples show a Pr3+-cascade emission but also undesired d-f-emissions, leading to the assumption that the Pr3+ ions occupy more than one crystallographic site. The examination of K2NaYF6:Pr3+, Mn2+ revealed Mn2+-emissions in addition to Pr3+-emissions which are not due to an energy transfer from Pr3+ to Mn2+. Measurements carried out on Gd3+/Eu3+-systems show that the Eu3+ ions almost exclusively occuppy centrosymmetric lattice sites. These spectra also indicated a very efficient energy transfer from Gd3+ to Eu3+, but no quantum cutting, because the 6GJ-states of Gd3+ are superimposed by O2--Eu3+-LMCT-transitions.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Schiffbauer, Danieldschiffbauer@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-10463
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Quantum Cutting , VUV-Leuchtstoffe , Selten-Erd-FluorideGerman
    Quantum Cutting , VUV-phosphors , rare earth fluoridesEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Anorganische Chemie
    Language: German
    Date: 2003
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 04 November 2003
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 28 Jan 2004 15:42:30
    Referee
    NameAcademic Title
    Meyer, GerdProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1046

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