Entmischung und Fluoreszenz seltenerddotierter Borosilicatgläser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden Tb-dotierte Borosilicatgläser untersucht, welche eine Entmischung in eine Borat-reiche Tröpfchenphase umgeben von einer Silicat-reichen Matrix zeigen. Die Entmischungsstrukturen wurden mit Hilfe von hochaufgelösten TEM-Analysen hinsichtlich ihrer Form, Größe und Verteilung mikrostrukturell charakterisiert. Besonderer Fokus lag hierbei auf der Bestimmung der lokalen Verteilung der Tb-Ionen. Es hat sich herausgestellt, dass Tb während des Entmischungsprozesses bevorzugt in die Borat-reichen Tröpfchen diffundiert und bereits geringe Dotierungen eine Clusterbildung der Seltenerdionen zur Folge haben. Bei höheren Tb-Konzentrationen liegen größere Tb-Partikel in der Silicat-reichen Matrix vor. Die Korrelation der Mikrostrukturergebnisse mit stationären und zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopiemessungen zeigt, dass erst ab einer vergleichsweise hohen Anzahl an Tb-Partikeln in der Matrix ein Quenchen der Fluoreszenz beobachtet werden kann. Dies führt zu einer deutlichen Abnahme der Fluoreszenzintensitäten der Gläser und einer zusätzlichen Fluoreszenzkomponente mit sehr kurzer Fluoreszenzlebensdauer. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass Fluoreszenzlebensdauermessungen nicht sensitiv genug sind, um frühzeitiges Clustern aufzudecken. Eine Kombination aus Nano- bzw. Mikrostrukturdiagnostik und Fluoreszenzuntersuchungen ist hier deutlich von Vorteil. Mit Hilfe von NMR-Untersuchungen an Tb- und Sc-dotierten Gläsern sowie Gläsern, welche keine Entmischung zeigen, konnte nachgewiesen werden, dass die Tb-Ionen von Borat-Gruppen koordiniert sind, wobei sich B4-Gruppen in der ersten Koordinationssphäre befinden. Die Substitution von Na2O durch andere Alkali- oder Erdalkalioxide bzw. eine Kombination damit resultiert in spinodalen Entmischungsstrukturen. Eine Erhöhung des Anteils an nichtbrückenbildenden Sauerstoffen und somit der optischen Basizität bedingt das Auftreten von Fluoreszenzbanden im blauen Bereich. Zusätzlich wird eine Verbreiterung der grünen Emissionspeaks und die Aufspaltung des Hauptpeaks beobachtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Phase separation and fluorescence properties of rare-earth doped borosilicate glasses, 25th International Congress on Glass (ICG) 2019, Boston
K. Thieme; C. Patzig; C. Rüssel & T. Höche
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Clustering and phase separation in borosilicate glasses 94th Annual Meeting of the German Society of Glass Technology (DGG) 2021, Offenbach, videoconference
K. Thieme; C. Patzig & T. Höche
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Clustering in Tb-doped borosilicate glasses – A combined TEM, fluorescence spectroscopy, and NMR study, 26th International Congress on Glass (ICG) 2022, Berlin
K. Thieme; U. Rehfuß; C. Patzig; L. van Wüllen & T. Höche
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Early-stage clustering in Tb-doped borosilicate glasses revealed by high-resolution scanning transmission electron microscopy and luminescence properties. Journal of Alloys and Compounds, 962, 171091.
Thieme, Katrin; Patzig, Christian; Topper, Brian; Thieme, Christian; Gierth, Stephan; Rüssel, Christian & Höche, Thomas
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Early-stage clustering in Tbdoped borosilicate glasses revealed by high-resolution scanning transmission electron microscopy, Glass & Optical Materials Division Annual Meeting (GOMD) 2023, New Orleans
K. Thieme; U. Rehfuß; C. Patzig; L. van Wüllen & T. Höche
