Lumineszierende Materialien auf der Basis von Lanthanoid(III)-Fluorid-Derivaten

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Ziel des beschriebenen Projektes ist die Synthese von Lanthanoid(III)-Fluorid-Derivaten und Untersuchungen zu deren Absorptions- und Lumineszenzverhalten. Dabei wird angestrebt, optisch möglichst inaktive Wirtsgitter zu erzeugen, in denen ein lumineszenzfähiges M3+-Kation aus der Lanthanoidenserie (4f-Elemente) in geringer Konzentration eingelagert werden kann. Um Quenchingprozesse, wie etwa jenen der strahlungslosen Relaxation über Gitterschwingungen, zu unterdrücken, müssen nicht nur verdünnte Dotierungen (ca. 1-5 %), sondern auch möglichst "harte" gegenionische Gitterbausteine im Sinne des Pearson-Konzeptes gewählt werden. Dabei kommen vor allem Fluorid- und/oder Oxid-Anionen in Frage, die sich bereits in zahlreichen Fällen (z. B. LaF3:Ce3+ oder Y2O3:Eu3+) sehr gut bewährt haben. Auch die Kombination beider Anionensorten kann sehr vorteilhaft sein, wie das Beispiel YOF:Eu3+ beweisen mag. Wenn man zudem bedenkt, dass auch oxidischen Materialien mit komplexen Oxoanionen (z. B. [SiO4]4- in Lu2SiO5 = Lu2O[SiO4]) diesbezüglich eine große Bedeutung zukommt, drängt sich die Frage nach Derivaten von Fluoriden der dreiwertigen Lanthanoide mit Oxonichtmetallat-Anionen geradezu auf. Hier sind robuste Ionengitter mit kovalenten Inseln zu erwarten, die einer strahlungslosen Relaxation von eingestrahlter Energie sicher gut widerstehen dürften. Zudem könnten geoinspirierte Stoffe als Vorbild dienen, die ihre Beständigkeit gegen Wasser und Atmosphärilien bereits seit Millionen von Jahren in der unbelebten Natur unter Beweis stellen mussten. Als Beispiele seien hier nur die Mineralien Thalenit (Y3(OH,F)[Si3O10]) oder Apatit (Ca5(OH,F)[PO4]3) genannt, die im ersten Falle fast ohne (z. B. als Y3F[Si3O10]:Eu3+), im zweiten mit nur geringfügiger Modifizierung (z. B. als Gd4,333F[SiO4]3:Eu3+) zu diesem Zwecke taugen müssten. Dehnt man das Spektrum der komplexen Oxonichtmetallat-Anionen von Fluorid-Silicaten auf Fluorid-Carbonate (hier sei nur das Mineral Bastnäsit, MF[CO3], genannt), -Borate, -Aluminate, -Sulfate oder -Selenate aus, so erkennt man leicht das außergewöhnlich große Potential dieses Unterfangens. Auf der anderen Seite sollen auch Derivate von Lanthanoid(III)-Fluoriden mit zusätzlichen, jedoch nicht komplexen Anionen dargestellt und auf ihr Lumineszenzvermögen hin untersucht werden.