Poröse Sol-Gel-Materialien finden in vielen Bereichen Anwendung bzw. sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Zu diesen Bereichen zählen sowohl klassische Anwendungen, wie z. B. die Verwendung als Katalysator, Molekularsieb oder Trockenmittel, als auch nichtklassische Anwendungen, wie z. B. der Einsatz als Kontrastmittel in der Magnet-Resonanz-Tomographie oder in Form von dünnen Zeolithfilmen als Isolatoren in Mikrochips. Auch für den Einsatz in der Photonik werden poröse Materialien in Betracht gezogen, wie die Entwicklung des Zeolith-Farbstoff-Lasers zeigt. Mikroporöse Zeolithe können generell über einfache Ionenaustauschreaktionen mit Lanthanoidionen in lumineszente Materialien umgewandelt werden. Neben der Erzeugung eines lumineszenten Materials, dessen Lumineszenzeigenschaften charakterisiert werden müssen, bietet die Nutzung von Lanthanoidionen die Möglichkeit diese Ionen als Sonde zur Charakterisierung der Ion-Wirt-Wechselwirkungen zu funktionalisieren, was z. B. in Bezug auf die Anwendung als Katalysator von großer Bedeutung ist. Dabei werden die einzigartigen Lumineszenzeigenschaften der Lanthanoidionen, in diesem Fall von Europium(III) und Terbium(III), genutzt. In dieser Arbeit wurden Lanthanoid-dotierte mikroporöse Zeolithe, mikroporös-mesoporöse Hybridmaterialien und mesoporöse Silikate hinsichtlich ihrer Lumineszenzeigenschaften und ihrer Wechselwirkung des Wirtsmaterials mit den Lanthanoidionen mittels zeitaufgelöster Lumineszenzspektroskopie untersucht. Zeitaufgelöste Emissionsspektren (TRES) liefern dabei sowohl Informationen in der Wellenlängen- als auch in der Zeitdomäne. Erstmalig wurden die TRES mittels einer umfangreichen Auswertemethodik behandelt. Neben der Anpassung des Abklingverhaltens mit einer diskreten Zahl von Exponentialfunktionen, wurden unterstützend auch Abklingzeitverteilungsanalysen durchgeführt. Zeitaufgelöste flächennormierte Emissionsspektren (TRANES), eine Erweiterung der normalen TRES, konnten erstmals zur Bestimmung der Zahl der emittierenden Lanthanoidspezies in porösen Materialien genutzt werden. Durch die Berechnung der Decayassoziierten Spektren (DAS) konnten den Lanthanoidspezies die entsprechenden Lumineszenzspektren zugeordnet werden. Zusätzlich konnte, speziell im Fall der Europium-Lumineszenz, durch Kombination von zeitlicher und spektraler Information das zeitabhängige Asymmetrieverhältnis R und die spektrale Evolution des 5D0-7F0-Übergangs mit der Zeit t untersucht und somit wesentliche Informationen über die Verteilung der Europiumionen im Wirtsmaterial erhalten werden. Über die Abklingzeit und das Asymmetrieverhältnis R konnten Rückschlüsse auf die Zahl der OH-Oszillatoren in der ersten Koordinationssphäre und die Symmetrie der Koordinationsumgebung gezogen werden. Für die mikroporösen und mikroporös-mesoporösen Materialien wurden verschiedene Lanthanoidspezies, im Regelfall zwei, gefunden, welche entsprechend der beschriebenen Methoden charakterisiert wurden. Diese Lanthanoidspezies konnten Positionen in den Materialien zugeordnet werden, die sich im tief Inneren des Porensystems oder auf bzw. nahe der äußeren Oberfläche oder in den Mesoporen befinden. Erstere Spezies ist aufgrund ihrer Position im Material gut vor Feuchtigkeitseinflüssen geschützt, was sich deutlich in entsprechend langen Lumineszenzabklingzeiten äußert. Zusätzlich ist diese Europiumspezies durch unsymmetrische Koordinationsumgebung charakterisiert, was auf einen signifikanten Anteil an Koordination der Lanthanoidionen durch die Sauerstoffatome im Wirtsgitter zurückzuführen ist. Ionen, die sich nahe oder auf der äußeren Oberfläche befinden, sind dagegen für Feuchtigkeit zugänglicher, was in kürzeren Lumineszenzabklingzeiten und einer symmetrischeren Koordinationsumgebung resultiert. Der Anteil von Wassermolekülen in der ersten Koordinationssphäre ist hier deutlich größer, als bei den Ionen, die sich tiefer im Porensystem befinden und entspricht in vielen Fällen der Koordinationszahl eines vollständig hydratisierten Lanthanoidions. Auch der Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die Speziesverteilung und das Verhalten der Materialien gegenüber Feuchtigkeit wurde untersucht. Dabei gelang es den Einfluss der Feuchtigkeit auf die Lumineszenzeigenschaften und die Speziesverteilung durch die Oberflächenmodifikation zu verringern und die Lumineszenzeigenschaften teilweise zu konservieren. Im Fall der mesoporösen Silikamonolithe wurde auch eine heterogene Verteilung der Lanthanoidionen im Porensystem gefunden. Hier wechselwirkt ein Teil der Ionen mit der Porenwand, während sich die restlichen Ionen in der wäßrigen Phase innerhalb des Porensystems aufhalten. Das Aufbringen von Oberflächenmodifikationen führte zu einer Wechselwirkung der Ionen mit diesen Oberflächenmodifikationen, was sich in Abhängigkeit von der Oberflächenbeladung in den enstprechenden Lumineszenzeigenschaften niederschlug. / Porous sol-gel materials are suitable for many applications and subject to ongoing research activities. This includes classical applications, e.g. as catalyst, molecular sieve or drying agent, as well as non-classical applications, e.g. as contrast agent in magnetic resonance tomography or in the form of thin zeolite films as isolators in microchips. The interest in porous materials also covers photonic applications as shown by the development of the zeolite-dye-microlaser. Zeolites, which belong to the subfamily of microporous materials, can be converted into luminescent materials using simple ion-exchange procedures. In addition to the creation of a luminescent material, which luminescence properties have to be characterized, the incorporation of lanthanide ions offers the possibility to use these ions as a luminescent probe for the characterization of the ion-host interactions. This is particularly interesting concerning the application of porous materials as catalysts. Therefor, the unique luminescence properties of the lanthanide ions europium(III) and terbium(III) are used. In this work lanthanide-doped microporous zeolites, microporous-mesoporous hybrid materials and mesoporous silicates were investigeted regarding their luminescence properties and the ion-host-interactions using time-resolved luminescence spectroscopy. Thereby, time-resolved emission spectra (TRES) provide information in the wavelength and time domain. For the analysis of the TRES a broad set of analytic methods was applied and thus a corresponding “toolbox“ developed. Fitting of the luminescence decays was performed with a discrete number of exponentials and supported by luminescence decay times distributions. Time-resolved area normalized emission spectra (TRANES), an advancement of TRES, could be used for the determination of the number of emissive lanthanide species in porous materials for the first time. Calculation of the decay-associated spectra (DAS) allowed the correlation of spectral information with luminescence decay times and thus delivered the luminescence spectra of the different europium species. For europium(III) we could use in addition the time-dependent asymmetry ratio and spectral evolution of the 5D0-7F0-transition with time to obtain further information about the distribution of the lanthanide ions in the host material. Luminescence decay times and spectra allowed conclusions on the number of OH-oscillators in and the symmetry of the first coordination sphere. For the microporous and microporous-mesoporous materials were found different lanthanide species, which were characterized by the above mentioned methods. These lanthanide species can be found on different positions in the host material. One position is located deep in the pore system. Here, lanthanide ions are hardly accessible for water and mainly coordinated by framework oxygens. This results in long luminescence decay times and distorted coordination spheres. The second position can be found near or on the outer surface or in the mesopores. Lanthanide ions located here, are easily accessible for water and thus show shorter luminescence decay times and a more symmetrical coordination sphere, which is mostly made up by water molecules. Another investigated aspect was the influence of surface modifications on the luminescence behavior of the lanthanide ions inside the material. Here we could show, that surface modifications hydrophobize the material and thus are able to protect the lanthanide ions from water, which is important for the conservation of the luminescence properties. Concerning the mesoporous silicates, again a heterogeneous distribution of the lanthanide ions in the pore system was found. A part of the lanthanide ions interacts with the pore wall, while the other part is located in the aqueous phase inside the pores. Surface modification led to a interaction of the lanthanide ions with the modification. This was reflected in the luminescence properties depending on the structure of the modification and the surface loading.

The main aim of this thesis was to contribute with detailed information of regional environmental change during the Holocene through studies of speleothems and their growth environments from two caves, Korallgrottan and Labyrintgrottan in northwestern Sweden, and a cellar vault in Uppsala. This was done through studies of stable isotopes and luminescence properties in the speleothems in combination with a detailed monitoring study in Korallgrottan. The monitoring study suggests that stalagmites fed by stalactites with slow and stable drip rates from deep inside the cave may be suitable as palaeoclimate archives. Similarities between oxygen isotope signals of contemporary samples from Labyrintgrottan and Korallgrottan emphasize the potential of speleothems from Labyrintgrottan to also provide high resolution regional palaeoclimate information. Except for a number of cold events stalagmite δ18O records from northern Scandinavia indicate that temperatures were warmer than today between 9500 and 6000 years ago. During this period the interval between 7800 and 6000 years ago seems to have been the warmest. The area above Labyrintgrottan was most likely covered by much denser vegetation than today at the time of stalagmite growth (9500-7500 years ago) and was, unlike today, probably situated below the local tree-limit between 9000 and 8000 years ago. The δ18O record of a stalagmite from Korallgrottan covering the last 4000 years agrees with the concept of a warmer period, the so called Medieval Warm Period, centred around AD1000 and a colder period, the so called Little Ice Age, somewhere between AD1000 and today. Studies of luminescence properties in fast growing speleothems from Uppsala indicate that the variations in luminescence intensity are annual and that the annual lamiae of the luminescent record represent a flush of organic material.

Dans le cadre de l'optimisation des luminophores destinés aux lampes fluorescentes, nous nous sommes intéressés plus particulièrement au luminophore bleu Ba0.9Eu0.1MgAl10O17. Les travaux présentés dans ce mémoire débutent par l'étude de l'influence de quelques fondants sur la microstructure et le rendement de luminescence. Nous avons également étudié l'impact de ces fondants sur les propriétés cristallographiques du matériau et les conséquences sur les propriétés optiques. Dans un deuxième temps nous sommes intéressés à un problème qui subsiste depuis plusieurs années : la perte de luminescence lors de la fabrication des lampes due à l'oxydation du dopant lors du baking (recuit sous air à haute température). Si la cause de cette dégradation est connue, les mécanismes ne le sont toujours pas précisément. Afin de proposer une solution industrielle fiable et applicable, nous devons d'abord comprendre les phénomènes. En combinant diverses techniques d'analyses nous avons eu une nouvelle approche pour expliquer le mécanisme de dégradation, ce qui nous a permis de compléter les études déjà existantes. Au terme de ces travaux, nous avons également proposé une solution que nous pensons directement applicable en industrie mais qu'il reste à optimiser. Enfin, nous avons choisi de rester sur le même matériau pour étudier le vieillissement de tubes fluorescents bleus. Nos résultats montrent que la perte de mercure est la cause principale de la baisse de performances des lampes, et notre étude peut donc s'étendre à d'autres luminophores et aux lampes trichromatiques.

Les nanocristaux à luminescence persistante ont récemment été introduits dans le domaine de l'imagerie optique du petit animal comme alternative originale aux systèmes photoluminescents couramment utilisés pour la détection photonique in vivo. Comparables à des condensateurs optiques, ces matériaux présentent l'avantage de pouvoir être excités avant l'injection au petit animal, puis d'émettre un signal de luminescence dans la fenêtre de transparence des tissus, sans excitation continue de la sonde, pendant plusieurs dizaines de minutes. Cette technique propose une solution efficace au problème d'autofluorescence rencontré in vivo du fait de l'excitation des tissus biologiques, et permet d'augmenter de manière significative le rapport signal à bruit au moment de la détection optique. Les travaux initiaux ont cependant démontré que cette première génération de nanocristaux pouvait difficilement être suivie plus d'une heure après injection systémique chez le petit animal, et subissait une capture rapide au niveau du foie par le système monocyte macrophage. Pour répondre à ces deux inconvénients majeurs, nous introduisons une nouvelle génération de nanosondes photoniques dont les propriétés optiques permettent une excitation de la luminescence persistante in vivo, à travers les tissus de l'animal. Il devient ainsi possible de recharger le matériau après son injection à la souris et de retrouver un signal de luminescence persistante à tout moment. Une optimisation des propriétés de surface a également permis d'augmenter de manière significative le temps de circulation de ces nanoparticules, et de réaliser la première preuve de ciblage passif in vivo qui exploite l'effet EPR.

Metal organic framework (MOF) has emerged as a new class of porous, thermally stable material which has attracted great attention due to their wide applications in gas storage, separation, catalysis etc. Self-assembly is the operative mechanism of MOFs syntheses; however, the control of MOF self-assembly is still a challenge in the construction of predetermined, structurally well-defined MOFs. The goal of the research is to arrive at multidimensional, highly porous and functional MOFs via hierarchical assembly of smaller molecular building blocks and, at the same time, to examine the possibilities for different interesting molecular textures. This goal is to be accomplished by the knowledge of ligand coordination mode, and geometry as well as logical choices of ligands and metals from which the MOFs are to be constructed from. Preparations of novel frameworks as well as other interesting molecular architectures are highlighted with their structures characterized.

Detection modalities that can evaluate the early stages of dental caries are indispensable. The purpose of this thesis is to evaluate the efficacy of photothermal radiometry and modulated luminescence (PTR-LUM) to non-destructively detect and quantify simulated enamel caries. Two experiments were performed based on the PTR-LUM detection mode: back-propagation or transmission-mode. Artificial demineralized lesions were created in human molars and a subset was further exposed to an artificial remineralizing solution. PTR-LUM frequency scans were performed periodically during de/re-mineralization treatments. PTR data was fitted to a theoretical model based on optical and thermal fluxes in enamel to extract opto-thermophysical parameters. Lesion validation was performed using transverse microradiography (TMR). Optical and thermal properties changed with the development and repair of the caries lesions while theory-derived thicknesses paralleled those determined microradiographically. These trends coupled with the uniqueness-of-fit of the generated parameters illustrate the efficacy of PTR- LUM to non-destructively detect and quantify de/re-mineralized lesions.

Detection modalities that can evaluate the early stages of dental caries are indispensable. The purpose of this thesis is to evaluate the efficacy of photothermal radiometry and modulated luminescence (PTR-LUM) to non-destructively detect and quantify simulated enamel caries. Two experiments were performed based on the PTR-LUM detection mode: back-propagation or transmission-mode. Artificial demineralized lesions were created in human molars and a subset was further exposed to an artificial remineralizing solution. PTR-LUM frequency scans were performed periodically during de/re-mineralization treatments. PTR data was fitted to a theoretical model based on optical and thermal fluxes in enamel to extract opto-thermophysical parameters. Lesion validation was performed using transverse microradiography (TMR). Optical and thermal properties changed with the development and repair of the caries lesions while theory-derived thicknesses paralleled those determined microradiographically. These trends coupled with the uniqueness-of-fit of the generated parameters illustrate the efficacy of PTR- LUM to non-destructively detect and quantify de/re-mineralized lesions.

Metal organic framework (MOF) has emerged as a new class of porous, thermally stable material which has attracted great attention due to their wide applications in gas storage, separation, catalysis etc. Self-assembly is the operative mechanism of MOFs syntheses; however, the control of MOF self-assembly is still a challenge in the construction of predetermined, structurally well-defined MOFs. The goal of the research is to arrive at multidimensional, highly porous and functional MOFs via hierarchical assembly of smaller molecular building blocks and, at the same time, to examine the possibilities for different interesting molecular textures. This goal is to be accomplished by the knowledge of ligand coordination mode, and geometry as well as logical choices of ligands and metals from which the MOFs are to be constructed from. Preparations of novel frameworks as well as other interesting molecular architectures are highlighted with their structures characterized.

En vue d'application à l'éclairage ou dans les dispositifs de visualisation à plama, on a étudié la luminescence de l'ion Eu2+ dans les borates BaLnB9O16 (Ln = La, Ce, Gd, Y) et de l'ion Eu3+ dans les diverses phases des systèmes Gd2O3-P2O5 et Y2O3-P2O5. Des informations sur les structures des réseaux-hôtes lorsqu'elles étaient inconnues, ont pu être obtenues par diffraction X et spectroscopie Raman. Pour Ln = Y, Gd, les borates BaLnB9O16:Eu2+ présentent une émission dans le bleu stable...

Síntesis, caracterización y estudio de las propiedades luminiscentes y magnéticas de complejos pentacoordinados de níquel(II) con ligandos orgánicos del tipo: 8-hidroxiquinolinas, imidas, benzazoles y ácidos mono- y dicarboxílicos. Utilización de estos complejos como sensores luminiscentes en la detección de cationes metálicos de interés biológico y/o ambiental.