Effiziente breitbandig-emittierende anorganische NIR-Leuchtstoffe
Während für den sichtbaren Spektralbereich inzwischen vor allem mit Eu2+-aktivierten kondensierten Oxido- bzw. Nitridosilicaten und -aluminaten vielversprechende Leuchtstoffe für energieschonende Weißlichtquellen und Displays existieren, existieren bislang kaum zufriedenstellende Lösungen für solche Leuchtstoffe für den Nahinfrarot-Bereich (750 nm – 1200 nm). Solche Leuchtstoffe sind relevant für zerstörungsfreie Lebensmittelanalytik, einer gesundheitsfördernden Innenraumbeleuchtung und auch für die Nachtsicht in Frontscheinwerfern in der Automobilindustrie. Allerdings leiden NIR-emittierende Breitband-Emitter an dem fundamentalen Problem, dass bei sinkender Übergangsenergie strahlungslose Übergänge thermisch bei immer niedrigeren Temperaturen sehr wahrscheinlich werden. Dies kann jedoch durch geeignete Wahl von Wirtsverbindungen mit mechanisch sehr starren Strukturen mit hohem Kondensationsgrad limitiert werden.
Ein intrinsisch sehr effizienter Aktivator mit Lumineszenz im NIR-Bereich ist das 3d3-Ion Cr3+. Bei einem ausreichend schwachen Ligandenfeld zeigt dieses Ion breitbandige Lumineszenz. Gleichzeitig bewirkt die Einbringung in eine mechanisch starre Struktur mit einem hohen Kondensationsgrad häufig eine Verstärkung des Ligandenfelds. Aus diesem Grund versuchen wir elektronische Effekte auszunutzen, um gezielt die kovalenten Anteile der chemischen Cr–Ligand-Bindung maßzuschneidern und so die Emissionsenergie und gleichzeitig Effizienz in die gewünschte Richtung zu bringen. Hierzu werden insbesondere Orbitaleffekte aufgrund von Atomen in der zweiten Koordinationssphäre ausgenutzt. Neben der Synthese und Spektroskopie dieser potenziellen NIR-Leuchtstoffe nutzen wir das semiempirische Angular Overlap Model (AOM) der Ligandenfeldtheorie, um ein grundlegenderes Verständnis für die gezielte Beeinflussung der Cr3+-basierten Lumineszenz im Festkörper zu gewinnen. Auch stärkere theoretische Methoden wie z.B. Multireferenz-basierte Clusterrechnungen (CASSCF, NEVPT2) stehen hier im Fokus.