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Untersuchung der Kristallstruktur, der Elektronenstruktur und des Lumineszenzverhaltens des blau-grünen Leuchtstoffs Sr6B(PO4)4PO4:Eu

Laubach, Sonja (2008):
Untersuchung der Kristallstruktur, der Elektronenstruktur und des Lumineszenzverhaltens des blau-grünen Leuchtstoffs Sr6B(PO4)4PO4:Eu.
Darmstadt, Technische Universität, TU Darmstadt,
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Strontium-Borophosphat-Phosphat dotiert mit Europium wird kommerziell als blau-grüner Leuchtstoff in Leuchtstoffröhren eingesetzt. Dennoch waren sowohl die Kristall- als auch die Elektronenstruktur bis zu dieser Arbeit unbekannt. In dieser Arbeit wurde zunächst die Kristall- und Elektronenstruktur des Wirtsgitters Strontium-Borophosphat-Phosphat aufgeklärt. Bei der Dotierung mit Europium ist davon auszugehen, dass Europium die Strontium-Lagen im Wirtsgitter einnimmt. Eine eingehende Untersuchung dieser Dotierung zeigte, dass es in Abhängigkeit von der Europium-Konzentration neben Strontium-Borophosphat-Phosphat zur Bildung von mindestens vier weiteren Phasen kommt, die sich ebenfalls als Wirtsgitter für Europium-Ionen eignen. Der Einfluss des Europium-Gehalts auf die Phasenzusammensetzung wurde mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie ermittelt und eine mögliche Erklärung für die Bildung der verschiedenen Phasen bei der Synthese geliefert. Mittels der Photolumineszenzspektroskopie wurde das Lumineszenzverhalten in Abhängigkeit der Europium-Konzentration untersucht. Die erhaltenen Lumineszenzspektren zeigen 4f7 nach 4f65d1- bzw. 4f65d1 nach 4f7-Übergänge zweiwertigen und z. T. zusätzlich Übergänge innerhalb der 4f-Zustände dreiwertigen Europiums. Alle beobachteten Übergänge ließen sich anhand von spektroskopischen Literaturdaten der konstituierenden Phasen erklären. Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden die Übergangsenergien für Europium(2+) auf den beiden kristallographisch unterschiedlichen Strontium-Lagen in Strontium-Borophosphat-Phosphat unter Verwendung verschiedener Methoden berechnet. In Kombination mit den experimentellen Ergebnissen konnte anhand der Rechnungen eine Zuordnung der beobachteten Lumineszenz zur Gitterlage des Europium(2+)-Ions in Strontium-Borophosphat-Phosphat vorgenommen werden.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2008
Creators: Laubach, Sonja
Title: Untersuchung der Kristallstruktur, der Elektronenstruktur und des Lumineszenzverhaltens des blau-grünen Leuchtstoffs Sr6B(PO4)4PO4:Eu
Language: German
Abstract:

Strontium-Borophosphat-Phosphat dotiert mit Europium wird kommerziell als blau-grüner Leuchtstoff in Leuchtstoffröhren eingesetzt. Dennoch waren sowohl die Kristall- als auch die Elektronenstruktur bis zu dieser Arbeit unbekannt. In dieser Arbeit wurde zunächst die Kristall- und Elektronenstruktur des Wirtsgitters Strontium-Borophosphat-Phosphat aufgeklärt. Bei der Dotierung mit Europium ist davon auszugehen, dass Europium die Strontium-Lagen im Wirtsgitter einnimmt. Eine eingehende Untersuchung dieser Dotierung zeigte, dass es in Abhängigkeit von der Europium-Konzentration neben Strontium-Borophosphat-Phosphat zur Bildung von mindestens vier weiteren Phasen kommt, die sich ebenfalls als Wirtsgitter für Europium-Ionen eignen. Der Einfluss des Europium-Gehalts auf die Phasenzusammensetzung wurde mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie ermittelt und eine mögliche Erklärung für die Bildung der verschiedenen Phasen bei der Synthese geliefert. Mittels der Photolumineszenzspektroskopie wurde das Lumineszenzverhalten in Abhängigkeit der Europium-Konzentration untersucht. Die erhaltenen Lumineszenzspektren zeigen 4f7 nach 4f65d1- bzw. 4f65d1 nach 4f7-Übergänge zweiwertigen und z. T. zusätzlich Übergänge innerhalb der 4f-Zustände dreiwertigen Europiums. Alle beobachteten Übergänge ließen sich anhand von spektroskopischen Literaturdaten der konstituierenden Phasen erklären. Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden die Übergangsenergien für Europium(2+) auf den beiden kristallographisch unterschiedlichen Strontium-Lagen in Strontium-Borophosphat-Phosphat unter Verwendung verschiedener Methoden berechnet. In Kombination mit den experimentellen Ergebnissen konnte anhand der Rechnungen eine Zuordnung der beobachteten Lumineszenz zur Gitterlage des Europium(2+)-Ions in Strontium-Borophosphat-Phosphat vorgenommen werden.

Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Universität
Uncontrolled Keywords: Lumineszenz, Leuchtstoff, Lumineszenzspektroskopie, Dichtefunktionaltheorie, Lumineszenzzentrum, dielektrische Konstante
Divisions: 07 Department of Chemistry
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:23
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-10751
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Schmidt, Prof. Dr. Peter C.
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 30 June 2008
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
Europium-doped strontium borophosphate phosphate is commercially used as blue-green phosphor in fluorescence lamps even though the crystal and electronic structure remained unknown prior to this work. In this work the crystal and electronic structure of strontium borophosphate phosphate were elucidated. Upon doping with europium it can be assume that europium is located on the strontium sites of the host. A thorough investigation of the doping with europium showed that depending on the europium concentration at least four additional phases besides strontium borophosphate phosphate are formed, which can also serve as hosts for europium ions. The influence of the europium content on the phase composition was investigated by X-ray diffraction, and a possible explanation for the formation of the various phases is presented. By means of photoluminescence spectroscopy the dependence of the luminescence properties on the europium concentration was examined. The obtained luminescence spectra show 4f7 to 4f65d1 and 4f65d1 to 4f7 transitions of divalent europium and some spectra also show transitions within the 4f-states of trivalent europium. All of the observed transitions were explained by spectral data of the constituent phases from the literature. Employing density functional theory, the transition energies of divalent europium on two different crystallographic sites in strontium borophosphate phosphate were calculated using different calculation methods. In combination with the experimental results the calculation led to the assignment of the luminescence observed experimentally and the site where the europium ion is located in the host.English
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