Europium-dotierte Langasite mit der Struktur von La3Ga5MO14, M = Si, Ge, Ti, Sn, Hf, Zr und Variationen als rot-emittierende LED-Leuchtstoffe

Reinhardt, Annemarie (2020)
Europium-dotierte Langasite mit der Struktur von La3Ga5MO14, M = Si, Ge, Ti, Sn, Hf, Zr und Variationen als rot-emittierende LED-Leuchtstoffe.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.25534/tuprints-00011448
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Item Type:

Ph.D. Thesis

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Primary publication

Title:

Europium-dotierte Langasite mit der Struktur von La3Ga5MO14, M = Si, Ge, Ti, Sn, Hf, Zr und Variationen als rot-emittierende LED-Leuchtstoffe

Language:

German

Referees:

Albert, Prof. Dr. Barbara ; Dreizler, Prof. Dr. Andreas

Date:

February 2020

Place of Publication:

Darmstadt

Date of oral examination:

10 February 2020

DOI:

10.25534/tuprints-00011448

Abstract:

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Verbindungen La3Ga5SiO14, La3Ga5GeO14, La3Ga5TiO14 sowie La3Ga5SnO14, La3Ga5HfO14 und La3Ga5ZrO14 mit verschiedenen Eu3+-Gehalten mittels Festkörpersynthese dargestellt. Die diffraktometrischen Untersuchungen bestätigten den Langasit-Strukturtyp sowie Phasenreinheiten der polykristallinen Pulver. Langasite kristallisieren im trigonalen Kristallsystem mit der Raumgruppe P321 mit einer sogenannten ungeordneten (Si, Ge, Ti) oder geordneten (Sn, Hf, Zr) Struktur, wobei sich diese Bezeichnungen auf die Verteilungen dieser Metallatome beziehen. Die spektroskopische Untersuchung der Verbindungen lieferte Hinweise auf deren Eigenschaften. Dabei zeigten sich zwischen 250 und 350 nm breite O2- → Eu3+-Charge-Transfer-Absorptionsbanden, gefolgt von mehreren schmalen 4fn-4fn-Übergängen zwischen 360 und 600 nm. Die Aufnahme der Emissionsspektren wies unabhängig von den Anregungswellenlängen (300, 394 nm) auf Übergänge 5D0 → 7FJ (0 ≤ J ≤ 4) im Bereich von 575 bis 715 nm hin. Die Emissionswellenlängen 618 nm (5D0 → 7F2) bei LGSi:Eu und LGGe:Eu bzw. 612 nm (5D0 → 7F2) bei LGTi:Eu, LGSn:Eu, LGHf:Eu und LGZr:Eu stellten die dominantesten Übergänge dar. Bei der Messung der Quanteneffizienzen wies LGTi:Eu3+ 25% den besten iQE-Wert mit 81% bei einer Anregung bei 385 nm auf. LGSn:Eu 20% zeigte den besten iQE-Wert mit 24% nach Anregung im CT-Übergang bei 270 nm. Aufgrund der guten spektroskopischen Eigenschaften wurden alle untersuchten Vertreter mit Langasit-Struktur in bei 395 nm emittierende LEDs verbaut, um das tatsächliche Potential als Konversionsleuchtstoff zu testen. Außerdem wurde versucht den erlaubten O2- → Eu3+-Charge-Transfer-Übergang (Maximum bei ca. 300 nm) zu höheren Wellenlängen (390 bis 450 nm, ECT ≈ 3,4 - 2,76 eV) zu verschieben, um eine breitbandige Absorption der LED-Emission zu ermöglichen. Diese Rotverschiebung kann durch Steigerung der Kovalenz des Wirtsgitters oder durch Liganden mit höherer Polarisierbarkeit erreicht werden. Daher wurde versucht, eine teilweise Substitution der O2--Anionen durch S2- bzw. N3- zu erreichen.

Alternative Abstract:

Alternative Abstract

Language

In the scope of this work La3Ga5SiO14, La3Ga5GeO14, La3Ga5TiO14 as well as La3Ga5SnO14, La3Ga5HfO14 and La3Ga5ZrO14 with different Eu3+ contents were prepared by solid state synthesis. The diffractometric analysis confirmed the langasite structure and phase purity of the polycrystalline powders. Langasites crystallize in the trigonal crystal system with the space group P321 with a so-called disordered (Si, Ge, Ti) or ordered (Sn, Hf, Zr) structure, whereby these names refer to the distributions of these metal atoms. Spectroscopic analysis of the compounds provided information about their properties. O2- → Eu3+ charge-transfer absorption bands between 250 and 350 nm were found, followed by several narrow 4fn-4fn transitions between 360 and 600 nm. The emission spectra showed transitions 5D0 → 7FJ (0 ≤ J ≤ 4) in the range from 575 to 715 nm, independent of the excitation wavelengths (300, 394 nm). The emission wavelengths 618 nm (5D0 → 7F2) for LGSi:Eu and LGGe:Eu and 612 nm (5D0 → 7F2) for LGTi:Eu, LGSn:Eu, LGHf:Eu and LGZr:Eu presented the most dominant transitions. When measuring quantum efficiencies, LGTi:Eu3+ 25% had the best iQE value with 81% at excitation at 385 nm. LGSn:Eu 20% showed the best iQE value with 24% after excitation in the CT transition at 270 nm. Due to the good spectroscopic properties, all investigated representatives with langasite structure were incorporated into LEDs emitting at 395 nm in order to test their actual potential as conversion phosphors. In addition, an attempt was made to shift the permitted O2- → Eu3+ charge transfer transition (maximum at approx. 300 nm) to higher wavelengths (390 to 450 nm, ECT ≈ 3.4 - 2.76 eV) in order to enable broadband absorption of the LED emission. This red shift can be achieved by increasing the covalence of the host lattice or by ligands with higher polarizability. Therefore, it was tried to achieve a partial substitution of the O2- anions by S2- or N3-.

English

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-114488

Classification DDC:

500 Science and mathematics > 540 Chemistry

Divisions:

07 Department of Chemistry > Eduard Zintl-Institut > Fachgebiet Anorganische Chemie

Date Deposited:

10 Mar 2020 15:04

Last Modified:

09 Jul 2020 06:26

URI: