Die Rußbildung in der Pyrolyse von n-Hexan, Benzol und Kohlenwasserstoffen im Stoßrohr wird mit hoher Zeitauflösung absorptionsspektroskopisch beobachtet und Gasproben durch ein besonders schnelles Ventil gesammelt. Vom Beginn der Pyrolyse bis zum Einsetzen der Rußbildung wurde stets eine Induktionszeit beobachtet, deren Dauer von der Temperatur, der Kohlenstoffkonzentration und der Struktur des pyrolysierten Kohlenwasserstoffs abhängt. Dieser Zusammenhang wird mit einem Arrhenius-Ansatz beschrieben. Der Vorfaktor A ist für Aromaten eine Größenordnung kleiner als für Alkane. Die scheinbare Aktivierungsenergie beträgt (220 ± 10) kJ/mol. Das Rußmassenwachstum, das der Induktionsperiode folgt, wird mit einem Gesetz erster Ordnung beschrieben. Durch Normierung der Geschwindigkeitskonstanten auf die Kohlenstoffdichte zeigt, daß das Rußmassenwachstum in Pyrolysen und in vorgemischten Ethylenflammen vergleichbar schnell abläuft. Die Rußausbeute der Aromaten und Acetylen hat bei bei 1800 K ein Maximum. Für Ethylen und Alkane liegt diese charakteristische Temperatur um rund 100 K höher. Neben Ruß und Wasserstoff sind Acetylen gefolgt von Methan und Ethylen die wichtigsten Hauptprodukte. Die polycyclischen Aromaten tragen keine Seitengruppe und enthalten maximal einen Fünfring. Der Rußpartikeldurchmesser ist im Bereich von 30 nm. Der Einfluß von Eisenpentacarbonyl auf die Rußbildung ist gering.

Cobalt Ferrite has important, size-dependent magnetic properties. Consequently, an overview of particle size is important. Co-precipitation in air was the fabrication method used because it is comparatively simple and safe. The effects of three different reaction times including 1, 2, 3 hour(s) on particle size were compared. Also, the effectiveness of three different capping agents (Oleic Acid, Polyvinylpyrollidone (PVP), and Trisodium Citrate) in reducing aggregation and correspondingly particle size were examined. Using Welch’s analysis of variance (ANOVA) and the relevant post hoc tests, there was no significant difference (p=0.05) between reaction times of 1 hour and 2 hours, but there was a significant difference between reaction times of 2 hours and 3 hours. Potentially, because of increased coarsening for the 3 hour reaction time. PVP and Oleic Acid were shown to be effective in reducing aggregation; however, Citrate was not effective. Possibly, the synthesis procedure was inadequate.

Ziel dieser Doktorarbeit war es, den Einfluss von verschiedenen Parametern auf die spektroskopischen Eigenschaften von Lanthanid-basierten Aufkonversions-Materialien zu erforschen. Ein besonderer Fokus lag dabei auf hexagonalen Natrium-Yttrium-Tetrafluorid Kristallen, die mit dreifachgeladenen Yb und Er oder Tm Ionen kodotiert wurden. Eine wesentliche Voraussetzung für mögliche Anwendungen dieser Kristalle ist ein Verständnis aller ihrer wichtigen photophysikalischen Besonderheiten. Die erste Studie dieser Doktorarbeit untersuchte daher, wieso Nanokristalle viel weniger absorbierte in ausgesendete Photonen umwandeln als mikrokristalline Teilchen. Die Ergebnisse zeigten, dass man ungeschalte Kristalle aufgrund von Oberflächen-Lösch-Effekten in zwei Teile unterteilen kann, einen strahlenden Kern und eine Schale aus stark oder vollständig gelöschten oberflächennahen Lanthanid-Ionen, welche für Kristalle abnehmender Größe einen immer größeren Volumenanteil einnimmt. Die zweite Studie untersuchte exemplarisch, ob eine kompliziertere Partikelarchitektur, bestehend aus einem einfach-dotierten Er Kern und Yb als Schalenmaterial, diesen Effizienzverlust der Lumineszenz reduzieren kann. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Eine weitere Studie untersuchte den Einfluss der Konzentration der Tm Ionen in Yb, Tm kodotierten Nanokristallen auf die spektroskopischen Eigenschaften dieser Materialien und zeigte, dass für eine maximale Emission im Lichtwellenbereich über 700 nm andere Tm Konzentrationen benötigt werden als für maximale Lichtemissionen in den unteren Lichtwellenbereichen. Die letzte Studie untersuchte den Einfluss eines zuvor berichteten Zersetzungsprozesses von exemplarisch ausgewählten Yb, Tm kodotierte Nanokristallen in wässrigen Dispersionen auf deren spektroskopische Eigenschaften. Mithilfe dieser Ergebnisse war es möglich, mehrere Emissionsbanden als Parameter für das Langzeit-Stabilitäts-Monitoring dieser Materialien zu identifizieren. / This PhD thesis investigated the influence of various parameters on the spectroscopic properties of so-called upconversion nanoparticles (UCNPs). A special emphasis was dedicated to hexagonal-phase sodium yttrium tetrafluoride crystals that were codoped with trivalent Yb and either Er or Tm ions. Such UCNPs can, however, experience no breakthrough in the field of UC nanotechnology before all of their important photophysical features are understood. The first study of this PhD thesis therefore investigated, why nanocrystalline upconverters with different surface chemistries convert less absorbed to emitted photons than their microcrystalline counterparts. The results revealed that upconverting crystals apparently have to be subdivided into two parts, with one being the luminescent core and the other being a completely dark shell that is quenched by surface effects and assumes an ever increasing volumetric content for small UCNPs. The second study exemplarily investigated, if a more complex particle nanostructure that consisted of a Er doped core, surrounded by a Yb doped shell, could overcome these efficiency losses, however, it concluded that it does not. Another study explored the influence of Tm doping concentrations of Yb, Tm codoped nanocrystals on their spectroscopic properties and concluded that different Tm doping concentrations are required for a maximum upconversion luminescence in the wavelength regions above 700 nm, than for the wavelength regions below that. The last study of this PhD thesis investigated the influence of a previously reported dissolution process of UCNPs in aqueous solutions on the spectroscopic properties of exemplarily chosen Yb, Tm codoped nanocrystals. These results were then utilized to identify several upconversion emission bands that can be used as a screening parameter for the long-term stability monitoring of UCNPs.