Die langdauernde Luminiszenz von Kieselsäure und Aluminiumoxidhydrat als Gel und als Sol

Zusammenfassung

Die langdauernde Lumineszenz von Kieselsäure und Aluminiumoxidhydrat im kolloiden Zustand als Gel und als Sol besitzt zwar ähnliche, aber nicht identische Emissionsspektren im Wellenlängenbereich zwischen 350 und 550 nm. Ihre Anregungsspektren liegen im ultravioletten Bereicht mit den stärksten Maxima bei 220 (Al₂O₃) und 290 nm (SiO₂). Das Lumineszenzspektrum des Al₂O₃ ist abhängig von der Anregungswellenlänge, das des SiO₂ jedoch nicht. Beim Erhitzen auf 900° verlieren beide Gele ihre Fähigkeit zu lumineszieren. Sie wird bei Normaltemperatur sehr langsam zurückgebildet, im Falle des SiO₂ aber nur in Gegenwart von H₂O.

Paralleluntersuchungen der Lumineszenz, der Lichtstreuung, der Elektronenbeugung und der Viskosität der Sole in Abhängigkeit von p_H, Elektrolytgehalt und Alter konnten nachweisen, daß das Nachleuchten auf einem Festkörpereffekt der Substanzen beruht, bei dem durch als Verunreinigungen in geringer Konzentration vorhandene Fremdstoffe (Al₂O₃) oder Gitterdefektstellen (SiO₂) durch Licht anregbare Aktivatorzentren gebildet werden. Die Lumineszenzintensität wird in erster Linie vom Ordnungszustand (Kristallinität) der Partikelbausteine bestimmt. Da der Anteil geordneter Bereiche auch von der Partikelgröße abhängt, ist diese ebenfalls ein bestimmender Faktor. Ein sehr deutlicher Einfluß des p _H und des Elektrolytgehaltes oder auch der Koagulation ist nur zu verstehen, wenn eine Zunahme der negativen Nettoladung in der Grenzschicht der Partikel zu einem Abbau positiv geladener Desaktivierungszentren führt. Das Eingreifen von Desaktivierungszentren solcher Art setzt voraus, daß das Nachleuchten durch Photoionisation des Aktivators, Einfangen der Elektronen in Haftstellen und Rückführung zum Aktivator und Desaktivator stattfindet. Dies steht auch im Einklang mit der Beobachtung, daß die Lumineszenzfähigkeit durch längeres Belichten (UV) zerstört, im Dunkeln aber zurückgebildet wird.

Summary

Similar but not identical emission spectra between 350 and 550 nm were observed for the long living luminescence of colloidal silica and alumina as gel and as sol. Their excitation spectra situated in the UV-region. show strong bands at 220 (Al₂O₃) and 290 nm (SiO₂). Whilst the spectral distribution of the luminescence of Al₂O₃ is markedly influenced by the wavelength of excitation there is no such dependence for SiO₂. With heating up to 900°C the luminescence of both gels dissappears and is very slowly regenerated at room temperature, for SiO₂ this takes place in the presence of water, only.

Parallel measurements of luminescence, light scattering, electron diffraction, surface and viscosity as function of p_H, electrolyte content, and age of the sols could prove the luminescence as due to a solid state effect of the colloidal particles. Activator centres excited by light absorption are impurities of minute concentrations (Al₂O₃) or vacancies in the host lattice (SiO₂). The intensity of the luminescence is mainly ruled by the perfection of the crystal structure. Because the part of indistorted lattice areas depends on the particle size this term itself is a ruling factor. The very distinct influence of p_H and electrolyte content or coagulation, as well, is only conceivable when an increase of the negative surface charge causes a breaking down of positively charged killer centres.

The engagement of such centres presupposes that the process of luminescence consists, here, of photoionization of the activator, trapping of the photoelectron, and its transition to the activator or killer centre. This coincides with the observation that the luminescence vanishes with prolonged UV-illumination and reappears after storage in the dark.