Techn. Hochsch., Diss., 2003--Aachen.

L’objectif de ce projet a été de concevoir des matériaux émissifs recyclables à base de lanthanide, en vue de remplacer les oxydes contenus dans les lampes fluoro-compactes (CFLs). Les lanthanides, en particulier l’Eu¹¹¹ et le Tb¹¹¹ ont été les principaux « ingrédients » dans les phosphores à cause de leurs émissions fines dans le rouge et le vert. Les complexes tris-dipicolinate de lanthanides, solubles dans l’eau sont connus pour leurs excellentes propriétés de luminescence, ce qui en fait de bons candidats pour des applications dans le domaine de l’éclairage.Cette thèse décrit l’étude des complexes de tris-dipicolinate d’Eu¹¹¹ et de Tb¹¹¹ sous forme cristalline avec différents contre-cations, ainsi que des systèmes plus complexes comme des co-cristaux ou des de cristaux cœur/coquille. Ces complexes ont également été utilisés comme dopant dans des silices mésostructurées en utilisant une méthode dites de « incipient wet impregnation » (IWI). Les propriétés photophysiques de ces matériaux ont été étudiées en détail et une forte exaltation des propriétés d’émission a été mise en évidence dans les silices. En particulier, l’influence des oscillateurs O-X a été montrée et la détermination du rendement quantique intrinsèque nous a procuré une meilleure compréhension de cette exaltation.La recyclabilité des complexes de lanthanide dans la silice a pu être réalisée avec des bons rendements. Des matériaux, émettant de la lumière blanche ont pu être obtenus en mélangeant des émetteurs rouge, vert et bleu. Le naphtalimide a été choisi comme émetteur bleu. Ainsi, le mélange des complexes d’Eu¹¹¹ et de Tb¹¹¹ et de naphtalimide au sein d’une silice mésoporeuse a conduit à la première génération de matériaux émettant de la lumière blanche et pouvant être facilement recyclés. / The objective of this project was to explore recyclable lanthanide based materials suitable for replacing the oxides from compact fluorescent lamps (CFLs). Lanthanides, particularly Eu¹¹¹ and Tb¹¹¹ have been the main “ingredients” in phosphors due to their colour purity and sharp emission in the red and green range of the visible spectrum. Lanthanide tris-dipicolinates are water soluble complexes, known for their excellent photophysical properties which makes them great candidates for lighting. The thesis describes the study of Eu¹¹¹ and Tb¹¹¹ tris-dipicolinate complexes in the crystalline form with different cations, as well as more complex systems like mixed co-crystals and core/shell crystals. The Eu¹¹¹ and Tb¹¹¹ complexes were also used as dopant in mesostructured silica materials via an incipient wetness impregnation method leading to homogeneous materials. The photophysical properties these different materials were thoroughly studied and a significant exaltation of the emission was evidenced in the silica. In particular, the influence of the O-X oscillators was explored and determination of the intrinsec quantum yield gave a clearer image on this exaltation. The recyclability of the lanthanide complexes from the material has been proven with high rates. Finally, white light emitting materials were obtained by mixing red, green and blue emitters. The naphthalimide moiety was chosen as blue emitter and white luminescence was successfully obtained in the solid state and for a silica material, representing a first generation of recyclable white light emitting materials based on lanthanide tris-dipicolinate complexes.

Le multiplexage optique basé sur des nanoparticules offre de nombreux avantages pour la biodétection et l'imagerie à multiparamètres. Toutefois, les modifications apportées à un paramètre entraînent également la modification d’autres paramètres. Par conséquent, la couleur, la durée de vie ou l’intensité ne peuvent pas être utilisées, respectivement, comme paramètre indépendant. Cette thèse peut être divisée en deux aspects. Le premier concerne le développement d'un multiplexage à une seule nanoparticule avec un temps résolu, basé sur le transfert d'énergie par résonance de type Förster (FRET) des complexes de lanthanides aux points quantiques (QD) et ensuite aux colorants fluorescents. Une investigation systématique de toutes les différentes combinaisons avec une large gamme de donneurs et d'accepteurs sur le QD est présentée, et les résultats expérimentaux sont comparés à la modélisation théorique. Le résultat ne contribue pas seulement à une compréhension complète de ces voies de transfert d'énergie compliquée entre multi donneurs / accepteurs sur des nanoparticules, mais offre également la possibilité d'utiliser les modèles pour développer de nouvelles stratégies permettant de préparer le QD avec une couleur, une durée de vie et une intensité réglables de manière indépendante. Le deuxième aspect porte sur le mécanisme de transfert d'énergie du Tb à la nanoparticule d'or (AuNP). Le transfert d'énergie par nanosurface (NSET) s'est révélé être un mécanisme opérationnel pour l'extinction des PL par les AuNP, une information importante pour le développement, la caractérisation et l'application de nanobiocapteurs basés sur l'extinction des PL par les AuNP. / Optical multiplexing based on nanoparticles provides many advantages for multiparameter biosensing and imaging. However, the changes in one parameter also lead to changing of other parameters, and thus, color, lifetime, or intensity could not be used as an independent parameter, respectively. This thesis can be divided into two aspects. The first one focuses on developing time-resolved single-nanoparticle multiplexing based on Förster resonance energy transfer (FRET) from lanthanide complexes to quantum dot (QD) to fluorescent dyes. Systematical investigation of all different combinations with a broad range of numbers of donors and acceptors on QD are presented, and the experimental results are compared with theoretical modelling. The result do not only contribute to a full understanding of such complicated multi donor-acceptor energy transfer pathways on nanoparticles but also open the opportunity to use the models for developing new strategies to achieve the QD with independent tunable color, lifetime and intensity. The second aspect focuses on the energy transfer mechanism from Tb to gold nanoparticle (AuNP). Nanosurface energy transfer (NSET) proved to be an operational mechanism in PL quenching by AuNPs, which is important information for the development, characterization, and application of nanobiosensors based on PL quenching by AuNPs.

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Utilizando amostras de vidro aluminossilicato, 21SiO2·9Al2O3·58Tb2O3·4,0MgO·3,0B2O3·2,0ZnO·1,0Sb2O3 (mol%) e fluorfosfato, 7,49NaPO3·16,45MgF2·16,38CaF2·17,66SrF2·11,63BaF2·30,39AlF3 (mol%) adicionado de 8Tb2O3 e 0,5Ce2O (mol), foram realizadas medidas de absorção óptica, tempo de vida de emissões e luminescência nas faixas do ultravioleta e visível dos íons Tb3+. As eficiências quânticas das emissões para o íon Tb3+, 0,90 (90 %), para o vidro aluminossilicato e 0,69 (69 %), para o vidro fluorfosfato, foram determinadas a partir das razões entre os tempos de vida experimentais, obtidos da experiência de tempo de vida e os tempos de vida teóricos, obtidos das informações de absorção óptica e teoria de Judd- Ofelt. As informações de absorção óptica também possibilitaram identificar as prováveis excitações e emissões observadas nos espectros de luminescência em ambos os vidros estudados. Para determinação dos tempos de vida teóricos, foi necessário calcular as probabilidades de transições radiativas que dependem dos parâmetros de Judd-Ofelt, cujos valores encontrados foram 2 = (2,4 ± 0,2)10-19 cm2, 4 = (3,4 ± 0,3)10-20 cm2 e 6 = (1,5 ± 0,2)10-20 cm2, para o vidro aluminossilicato, e 2 = (7,7 ± 0,6)10-20 cm2, 4 = (0,61 ± 0,05)10-20 cm2 e 6 = (0,69 ± 0,06)10-20 cm2, para o vidro fluorfosfato. Tais valores mostraram-se compatíveis aos da literatura pesquisada, confirmando os valores satisfatórios das eficiências quânticas das emissões dos íons Tb3+. / Samples of glasses 21SiO2·9Al2O3·58Tb2O3·4,0MgO·3,0B2O3·2,0Si2O·2,0ZnO·1,0Sb2O3 (mole %) aluminosilicate and 7,49NaPO3·16,45MgF2·16,38CaF2·17,66SrF2·11,63BaF2·30,39AlF3 (mole %) fluorphosphate added of 8Tb2O3 and 0,5Ce2O (mole) were studied by optical absorption, luminescence and emissions lifetime measurements for the Tb3+ ions. The quantum efficiencies of the Tb3+ emissions, 0,90 (90 %), for the aluminosilicate glass and 0,69 (69 %), for the fluorphosphate glass, were determined using the emissions lifetimes and theoretical lifetimes, obtained from the experimental optical absorption data and Judd-Ofelt theory. The information obtained from the optical absorption spectra allowed the identification of the more likely excitations and emissions observed in the luminescence spectra of the glasses. For the determination of the theoretical lifetimes it was necessary to calculate the radiactive transition probabilities which are dependent of the Judd-Ofelt parameters, whose values were found as 2 = (2,4 ± 0,2)10-19 cm2, 4 = (3,4 ± 0,3)10-20 cm2 and 6 = (1,5 ± 0,2)10-20 cm2, for the aluminosilicate, and 2 = (7,7 ± 0,6)10-20 cm2, 4 = (0,61 ± 0,05)10-20 cm2 and 6 = (0,69 ± 0,06)10-20 cm2, for the fluorphosphate glasses. The results are in good agreement literature examined, and confirm the satisfactory values of the quantum efficiency for the Tb3+ emissions.

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Univ., Diss., 2000--Kassel

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