Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens sollen Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und calixarenartigen Ligandensystemen mit Naturstoffbasierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt untersucht werden. Zur Aufklärung solcher Wechselwirkungsmuster werden verschiedene Teilaspekte bearbeitet werden, die von der Synthese makrozyklischer, calixarenartiger Liganden mit Chitosan-analogenindungsfunktionen, über experimentelle und theoretische Studien zum Komplexbildungsverhalten in Lösung bis hin zu einer exakten Aufklärung von Speziesverteilungen sowie Verteilungs- und Transportmechanismen in umweltrelevanten Systemen reichen und eine Ableitung der geltenden Struktur-Wirkungsbeziehungen erlauben Für die Verwirklichung dieser Ziele müssen sowohl synthetische Arbeiten zur Darstellung der Liganden und entsprechender Metallkomplexe als auch verschiedene Charakterisierungsmethoden für die Identifizierung der in Lösung oder festen Zustand vorliegenden Spezies durchgeführt werden: a) Synthese und Charakterisierung von naturstoffbasierten Liganden in Form von funktionalisierten, calixaren-artigen Makrozyklen mit Chitosan-analogen Bindungsfunktionen (z.B. Ethanol-Amin, Hydroxamat, oder Catecholat-Donorfunktionen). b) Darstellung und Charakterisierung ausgewählter Lanthanid- und Actinoid-Komplexe (z.B. Actinid: (U(VI,IV), Th(IV), Lanthanoide: Pr, Tb, Dy, Lu)). Charakterisierung der neu synthetisierten Komplexe im festen Zustand (Kristallstrukturanalyse, IR-Spektroskopie), und in Lösung (Massenspektrometrie, IR- und Raman-Spektroskopie, UV/Vis- und NMR-spektroskopische Titrationen. c) Um ein möglichst vollständiges Bild von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der neu synthetisierten Komplexe zu erhalten, sind insbesondere auch die Mikrokalorimetrie (isothermale Kalorimetrie) und dazu komplementäre spektrophotometrische Titrationen erforderlich (Bestimmung thermodynamischer Parameter der Komplexbildung).
Das Projekt "MatRessource - ORCA: Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED- basierte Beleuchtung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. ORCA beschäftigt sich mit der Erforschung und Entwicklung von neuen Ansätzen für effiziente und langlebige anorganische und organische Konvertermaterialien in Weißlicht LEDs. Die zu Grunde liegenden Systeme können vollkommen ohne oder zumindest mit einem signifikant niedrigeren Gehalt an Seltenen Erden (wie z.B. Yttrium, Lutetium) auskommen.
Im Detail werden organische Konversionsleuchtstoffen erforscht, welche die vorhandenen Anforderungen der Allgemeinbeleuchtung bezüglich Farbe, Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfüllen. Durch Einbettung in neue Matrixmaterialien kann die Stabilität dieser Farbstoffe beträchtlich erhöht werden, wodurch sie eine Alternative zu konventionellen seltenerdhaltigen Materialien darstellen. Im Projekt werden zwei Konzepte überprüft, zum einen sollen organische Konversionsleuchtstoffe komplett die klassischen Farbstoffen ersetzen, zum anderen kann durch Kombination von traditionellen Farbstoffen mit den organischen Verbindungen zumindest der Gehalt an Seltenen Erden drastisch reduziert werden. Zudem sollen Anwendungskonzepte in LED-basierten Lichtquellen entwickelt werden, die für die Leuchtstoffe besonders vorteilhafte Einsatzbedingungen erlauben und damit im System sogar effizienter werden können als heutige LEDs.
Die angestrebten Forschungsaktivitäten ermöglichen Weißlicht-LEDs mit organischen oder anorganischen Konvertern oder einer Kombination aus diesen, die im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Vorteile aufweisen: - Drastische Kostensenkung der anorganischen Konverter um bis zu 70% durch den Austausch von Seltenen Erden durch Erdalkali-Metalle - Unabhängigkeit von geopolitisch beeinträchtigten Marktzugängen und verstärkte Nutzung einheimischer und preiswerter Rohstoffe - Steigerung der Konversionseffizienz (größer als 90%), Stabilität und der Lebensdauer organischer Konverter (LM 80 @ 50.000 Stunden) in LED-Anwendungen - Neuartige Matrixmaterialien für Einbettung der Konverter sowie deren bessere Verarbeitbarkeit in der LED-Herstellung.
Das Projekt "MatRessource - ORCA: Organische und Seltenerd-reduzierte Konversionsmaterialien für LED- basierte Beleuchtung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OSRAM Opto Semiconductors GmbH durchgeführt. ORCA beschäftigt sich mit der Erforschung und Entwicklung von neuen Ansätzen für effiziente und langlebige anorganische und organische Konvertermaterialien in Weißlicht LEDs. Die zu Grunde liegenden Systeme können vollkommen ohne oder zumindest mit einem signifikant niedrigeren Gehalt an Seltenen Erden (wie z.B. Yttrium, Lutetium) auskommen.
Im Detail werden organische Konversionsleuchtstoffen erforscht, welche die vorhandenen Anforderungen der Allgemeinbeleuchtung bezüglich Farbe, Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfüllen. Durch Einbettung in neue Matrixmaterialien kann die Stabilität dieser Farbstoffe beträchtlich erhöht werden, wodurch sie eine Alternative zu konventionellen seltenerdhaltigen Materialien darstellen. Im Projekt werden zwei Konzepte überprüft, zum einen sollen organische Konversionsleuchtstoffe komplett die klassischen Farbstoffen ersetzen, zum anderen kann durch Kombination von traditionellen Farbstoffen mit den organischen Verbindungen zumindest der Gehalt an Seltenen Erden drastisch reduziert werden. Zudem sollen Anwendungskonzepte in LED-basierten Lichtquellen entwickelt werden, die für die Leuchtstoffe besonders vorteilhafte Einsatzbedingungen erlauben und damit im System sogar effizienter werden können als heutige LEDs.
Die angestrebten Forschungsaktivitäten ermöglichen Weißlicht-LEDs mit organischen oder anorganischen Konvertern oder einer Kombination aus diesen, die im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Vorteile aufweisen: - Drastische Kostensenkung der anorganischen Konverter um bis zu 70% durch den Austausch von Seltenen Erden durch Erdalkali-Metalle - Unabhängigkeit von geopolitisch beeinträchtigten Marktzugängen und verstärkte Nutzung einheimischer und preiswerter Rohstoffe - Steigerung der Konversionseffizienz (größer als 90%), Stabilität und der Lebensdauer organischer Konverter (LM 80 @ 50.000 Stunden) in LED-Anwendungen - Neuartige Matrixmaterialien für Einbettung der Konverter sowie deren bessere Verarbeitbarkeit in der LED-Herstellung.