The modern society relies heavily on mankind’s ability to produce light to lengthen the day. Throughout the evolution of artificial lighting lots of light sources were discovered / invented, i.e. burning wood, oil, candles, using incandescent bulbs and fluorescent lamps and, finally, white LEDs. LEDs are superior to other light sources due to their high efficiency. Replacement of conventional light sources by white LEDs what would allow saving huge amounts of electricity consumed for lighting purposes. The main goal of this dissertation was development and investigation of various new materials that could be used in solid state light sources based on near-UV and blue LEDs. One silicate, one molybdate and three garnet structure compounds were selected. Several synthesis methods, i.e. solid state, sol-gel, and sol-gel combustion, were applied in preparation of selected host materials. The host materials were activated by Eu2+, Eu3+, and Ce3+ ions. The phase purity of synthesized samples was evaluated by recording powder XRD patterns. Luminescent properties of the activator ions were investigated by recording reflectance, excitation, emission spectra and decay curves at room temperature. The temperature dependent decay curves and emission spectra were recorded in the range of 77-500 K. Moreover, quantum yields, luminous efficacies and colour points were calculated from the obtained data. / Žmonija jau nuo senų senovės stengiasi prailginti dieną dirbtiniais šviesos šaltiniais. Šviesos šaltiniai vystėsi pamažu – iš pradžių buvo deginama mediena, žibalas ir žvakės, vėliau buvo išrasta kaitrinė lemputė, o dar po kurio laiko fluorescencinė lempa. Jauniausi iš dirbtinių šviesos šaltinių yra šviestukai, kurie yra pranašesni už prieš tai minėtus šaltinius savo dideliu efektyvumu. Pakeitus dabartinius šviesos šaltinius šviestukais, būtų galima sutaupyti milžinišką elektros energijos kiekį, suvartojamą apšvietimui. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo buvo naujų liuminescencinių medžiagų, kurios gali būti sužadinamos ultravioletinę arba mėlyną spinduliuotę emituojančiais šviestukais, paieška. Iš viso pasirinktos penkios sistemos – vienas silikatas, vienas molibdatas ir trys granato struktūros junginiai. Medžiagos buvo susintetintos kietafazių reakcijų, zolių-gelių arba zolių-gelių užsiliepsnojimo metodais. Junginiai buvo legiruoti Eu2+, Eu3+ arba Ce3+ jonais. Fazinis junginių grynumas buvo patvirtintas Rentgeno spindulių difrakcijos analize. Junginių optinės savybės buvo įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus bei liuminescencijos gesimo trukmes kambario temperatūroje. Taip pat buvo įvertinta junginių liuminescencijos gesimo trukmių ir emisijos spektrų priklausomybė nuo temperatūros, bei apskaičiuoti kvantiniai našumai ir spalviniai taškai.

Žmonija jau nuo senų senovės stengiasi prailginti dieną dirbtiniais šviesos šaltiniais. Šviesos šaltiniai vystėsi pamažu – iš pradžių buvo deginama mediena, žibalas ir žvakės, vėliau buvo išrasta kaitrinė lemputė, o dar po kurio laiko fluorescencinė lempa. Jauniausi iš dirbtinių šviesos šaltinių yra šviestukai, kurie yra pranašesni už prieš tai minėtus šaltinius savo dideliu efektyvumu. Pakeitus dabartinius šviesos šaltinius šviestukais, būtų galima sutaupyti milžinišką elektros energijos kiekį, suvartojamą apšvietimui. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo buvo naujų liuminescencinių medžiagų, kurios gali būti sužadinamos ultravioletinę arba mėlyną spinduliuotę emituojančiais šviestukais, paieška. Iš viso pasirinktos penkios sistemos – vienas silikatas, vienas molibdatas ir trys granato struktūros junginiai. Medžiagos buvo susintetintos kietafazių reakcijų, zolių-gelių arba zolių-gelių užsiliepsnojimo metodais. Junginiai buvo legiruoti Eu2+, Eu3+ arba Ce3+ jonais. Fazinis junginių grynumas buvo patvirtintas Rentgeno spindulių difrakcijos analize. Junginių optinės savybės buvo įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus bei liuminescencijos gesimo trukmes kambario temperatūroje. Taip pat buvo įvertinta junginių liuminescencijos gesimo trukmių ir emisijos spektrų priklausomybė nuo temperatūros, bei apskaičiuoti kvantiniai našumai ir spalviniai taškai. / The modern society relies heavily on mankind’s ability to produce light to lengthen the day. Throughout the evolution of artificial lighting lots of light sources were discovered / invented, i.e. burning wood, oil, candles, using incandescent bulbs and fluorescent lamps and, finally, white LEDs. LEDs are superior to other light sources due to their high efficiency. Replacement of conventional light sources by white LEDs what would allow saving huge amounts of electricity consumed for lighting purposes. The main goal of this dissertation was development and investigation of various new materials that could be used in solid state light sources based on near-UV and blue LEDs. One silicate, one molybdate and three garnet structure compounds were selected. Several synthesis methods, i.e. solid state, sol-gel, and sol-gel combustion, were applied in preparation of selected host materials. The host materials were activated by Eu2+, Eu3+, and Ce3+ ions. The phase purity of synthesized samples was evaluated by recording powder XRD patterns. Luminescent properties of the activator ions were investigated by recording reflectance, excitation, emission spectra and decay curves at room temperature. The temperature dependent decay curves and emission spectra were recorded in the range of 77-500 K. Moreover, quantum yields, luminous efficacies and colour points were calculated from the obtained data.

Nuo 1926-ųjų metų, kai pirmą kartą buvo ištirta preliminari natūralių silikatinių mineralų, turinčių kubinę kristalinę gardelę, struktūra, granatų šeimai priskiriami junginiai tapo viena labiausiai tyrinėjamų medžiagų grupių. Granatai, kuriuose yra pereinamųjų metalų bei retųjų žemių metalų, pasižymi ypatingu technologiniu pritaikymu. Kaip šviečiančios medžiagos jie naudojami kietafaziuose lazeriuose, televizorių ekranuose ar dioduose. Europiu arba chromu legiruoti junginiai galėtų būti pritaikyti optiniam vaizdavimui medicinoje, kas iki šiol nebuvo daryta. Galimybė pagerinti granatų optines ir mechanines savybes bei naujos pritaikymo sritys suteikia stiprią motyvaciją tyrinėjimams. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo naujų mišrių metalų granatų sintezė bei jų optinių savybių tyrimas. Taip pat siekta ištirti europį supančios aplinkos įtaką jo liuminescencinėms savybėms tiek milteliuose, tiek kristaluose. Milteliai buvo sintetinti zolių-gelių arba kietafazės reakcijos metodu. Kristalai auginti keliaujančio lydalo slankioje zonoje būdu. Medžiagų faziniai virsmai tirti Rentgeno spindulių difrakcijos metodu. Neutronų difrakcijos duomenys bei Rietveldo tikslinimas buvo panaudoti granatų struktūrinei analizei. Junginių optinės savybės įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus. / Since 1926 when the preliminary structure of natural silicate minerals having cubic structure was determined, the family of garnets became one of the most extensively studied group of compounds. Garnets containing transition metals and rare-earths carry many important technological uses as magnetic materials, as phosphor materials employed in solid state lasers, television screens and light-emitting diodes, as computer memories, as near UV and near IR radiation up/down-converting compounds in Si solar cells and in other devices as microwave optical elements. The europium or chromium doped garnets also could be applied in the new field as optical imaging. The improvements in mechanical and optical properties, the new areas of applications provide a strong motivation for studying garnets in general. To synthesize and to characterize new mixed-metal garnets was the main aim of the present thesis. The investigation of the dependence of europium optical properties on the local environment in different garnets was also in the field of interest. Therefore, powders of the new mixed-metal garnets were synthesized by sol-gel route, while traveling solvent floating zone method was used for crystal growth. X-ray diffraction was used for phase identification. The neutrons diffractions and Rietveld refinement gave information of the crystal structure. Finally, reflection, excitation and emission spectra were recorded for the investigation of the optical properties.

Since 1926 when the preliminary structure of natural silicate minerals having cubic structure was determined, the family of garnets became one of the most extensively studied group of compounds. Garnets containing transition metals and rare-earths carry many important technological uses as magnetic materials, as phosphor materials employed in solid state lasers, television screens and light-emitting diodes, as computer memories, as near UV and near IR radiation up/down-converting compounds in Si solar cells and in other devices as microwave optical elements. The europium or chromium doped garnets also could be applied in the new field as optical imaging. The improvements in mechanical and optical properties, the new areas of applications provide a strong motivation for studying garnets in general. To synthesize and to characterize new mixed-metal garnets was the main aim of the present thesis. The investigation of the dependence of europium optical properties on the local environment in different garnets was also in the field of interest. Therefore, powders of the new mixed-metal garnets were synthesized by sol-gel route, while traveling solvent floating zone method was used for crystal growth. X-ray diffraction was used for phase identification. The neutrons diffractions and Rietveld refinement gave information of the crystal structure. Finally, reflection, excitation and emission spectra were recorded for the investigation of the optical properties. / Nuo 1926-ųjų metų, kai pirmą kartą buvo ištirta preliminari natūralių silikatinių mineralų, turinčių kubinę kristalinę gardelę, struktūra, granatų šeimai priskiriami junginiai tapo viena labiausiai tyrinėjamų medžiagų grupių. Granatai, kuriuose yra pereinamųjų metalų bei retųjų žemių metalų, pasižymi ypatingu technologiniu pritaikymu. Kaip šviečiančios medžiagos jie naudojami kietafaziuose lazeriuose, televizorių ekranuose ar dioduose. Europiu arba chromu legiruoti junginiai galėtų būti pritaikyti optiniam vaizdavimui medicinoje, kas iki šiol nebuvo daryta. Galimybė pagerinti granatų optines ir mechanines savybes bei naujos pritaikymo sritys suteikia stiprią motyvaciją tyrinėjimams. Pagrindinis disertacijos tikslas buvo naujų mišrių metalų granatų sintezė bei jų optinių savybių tyrimas. Taip pat siekta ištirti europį supančios aplinkos įtaką jo liuminescencinėms savybėms tiek milteliuose, tiek kristaluose. Milteliai buvo sintetinti zolių-gelių arba kietafazės reakcijos metodu. Kristalai auginti keliaujančio lydalo slankioje zonoje būdu. Medžiagų faziniai virsmai tirti Rentgeno spindulių difrakcijos metodu. Neutronų difrakcijos duomenys bei Rietveldo tikslinimas buvo panaudoti granatų struktūrinei analizei. Junginių optinės savybės įvertintos išmatavus atspindžio, sužadinimo ir emisijos spektrus.