Einbau der Seltenen Erden in Aluminate und Borate : Synthese, Charakterisierung und Anwendung der Basisstrukturen lumineszierender Verbindungen

Abstract

Im Rahmen der gezielten Suche nach Leuchtstoffen für WLEDs behandelt die vorliegende Dissertationsschrift die systematische Analyse der Eigenschaften potentiell geeigneter Wirtsgitter auf Basis von Erdalkali-Aluminaten und -Boraten mit den allgemeinen Formeln MAl2O4, MB2O4, MREEAlO4 und M3REE2(BO3)4 (M = Ca, Sr, Ba; REE = Metalle der Seltenen Erden). Durch den vollständigen Austausch von Aluminium bzw. Bor gegen REE wurden Verbindungen des Typs MREE2O4 synthetisiert und charakterisiert. Für die Verbindungsklassen MREEAlO4 und MREE2O4 wurde eine Beziehung zwischen der Strukturstabilität und dem Verhältnis der Ionenradien hergestellt. Als potenzielle Leuchtstoffe für WLEDs wurden dreiwertiges Samarium und Dysprosium bis zu 2 mol-% in die verschiedenen Wirtsgittertypen eingebaut. Die besten Lumineszenzeigenschaften konnten mit dem Einbau von Dysprosium in Bariumaluminat (BaAl2O4:Dy) und Samarium in Calciumborat (CaB2O4:Sm) erzielt werden.

Aim of this thesis is to find novel phosphors for WLEDs. A series of potentially suitable host lattices based on alkaline earth aluminates and borates with the general composition MAl2O4, MB2O4, MREEAlO4 and M3REE2(BO3)4 (M = Ca, Sr, Ba; REE = rare earth elements) were studied systematically. Furthermore, compounds of the type MREE2O4 were studied, which result from the complete substitution of aluminum or boron by REE. The results show a dependence of structural stability on the ratio of the ionic radii for the compound classes MREEAlO4 and MREE2O4. Up to 2 mol-% trivalent samarium and dysprosium were incorporated into the different host lattice types as potential phosphors for WLEDs. The best luminescence properties were obtained by incorporation of dysprosium in barium aluminate (BaAl2O4:Dy) and samarium in calcium borate (CaB2O4:Sm).