Bismutgermanat

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Strukturformel
4 Bismution 3 Germanation
Allgemeines
Name Bismutgermanat
Andere Namen
  • Wismutgermanat
  • Wismutgermaniumoxid
Summenformel Bi4Ge3O12
CAS-Nummer 12233-73-7
Eigenschaften
Molare Masse 2900 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

7,13 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

1050 °C[1]

Brechungsindex

2,15 (480 nm)[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Bismutgermanat (BGO) ist eine Verbindung von Bismut und Germanium. Es wird seit Anfang der 1970er-Jahre in Szintillatoren hauptsächlich zur Messung von Gammastrahlung verwendet.

Gewinnung[Bearbeiten]

Die kommerziell erhältlichen Kristalle werden mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens aus stöchiometrischen Schmelzen von Bismut(III)-oxid und Germanium(IV)-oxid gezogen.[4] Einkristalle wurden erstmal 1965 von Nitsche als Ersatz für Eulytin gezogen.[5]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Bismutgermanat ist ein farbloser Feststoff. Er besitzt eine kubische Kristallstruktur mit der Raumgruppe I43d (Raumgruppen-Nr. 220).[6]

Das Szintillationslicht von Bismutgermanat hat eine Wellenlänge im Bereich von 375 bis 650 nm mit einem Maximum bei 480 nm. Pro MeV Energie des einfallenden Gammaquants entstehen etwa 8.500 Szintillations-Photonen, die Szintillationseffizienz ist also hoch. BGO ist recht strahlenfest, seine Werte bleiben bis zu 5·104 Jahre stabil. Es ist mechanisch recht stabil und nicht hygroskopisch.[6] Es hat im Bereich zwischen 5 und 20 MeV eine gute Auflösung. Der lineare Schwächungskoeffizient µ bei der für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wichtigen Photonenenergie von 511 keV beträgt 0,96 cm−1. Die Zeitkonstante für das Abklingen einer Szintillation beträgt 350 ns.[2] BGO hat die höchste Sensitivität aller für die PET eingesetzten Szintillatoren. Der u.a. von Kernladungszahl und Wirkungsquerschnitt abhängige Photoeffektanteil µr bei Photonen einer Energie von 511 keV beträgt 43 %.[7] Es ist der am häufigsten benutzte Szintillator auf Oxidbasis. Seine Szintillation wurde 1973 von M.J. Weber und R.R. Monchamp entdeckt.[8][9]

Verwendung[Bearbeiten]

Es wird außer für die PET auch in Detektoren der Teilchenphysik, der Weltraumphysik, für geologische Exploration eingesetzt. Arrays von Bismutgermanat werden auch in der Gammaspektroskopie verwendet.[6]

Bismutgermanat hat einen hohen elektrooptischen Koeffizienten, der den Einsatz in nichtlinearen Optiken (NLO) und den Bau von Pockels-Zellen ermöglicht. Cr4+-dotiert eignet sich dieses Material zudem für Laseranwendungen im nahen Infrarot.[10]

Bi12GeO20[Bearbeiten]

Neben Bi4Ge3O12 ist mit Bi12GeO20 ein weiteres Bismutgermanat bekannt. Durch seinen hohen elektrooptischen Koeffizienten von 3,3 pm/V macht es interessant für nichtlineare opische Bauteile (z.B. Pockels-Zelle) und fotorefraktive Elemente für den Einsatz im UV-Bereich.[6] Die Verbindung hat eine kubische[11] Kristallstruktur vom Sillenit-Typ mit der Raumgruppe I23 (Raumgruppen-Nr. 197).[12] Es besitzt eine Schmelztemperatur von 935 °C und einen Brechungsindex von 2,5476.[13]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b crystals.saint-gobain.com: BGO data sheet.pdf, abgerufen am 28. Dezember 2015
  2. a b  Konrad Kleinknecht: Detektoren für Teilchenstrahlung. Springer-Verlag, 2015, ISBN 3-322-82205-2, S. 110 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Diese Substanz wurde in Bezug auf ihre Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4.  Tsuguo Fukuda, Valery I. Chani: Shaped Crystals Growth by Micro-Pulling-Down Technique. Springer Science & Business Media, 2007, ISBN 978-3-540-71295-4, S. 118 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5.  K. Byrappa, Tadashi Ohachi: Crystal Growth Technology. Springer Science & Business Media, 2003, ISBN 978-3-540-00367-0, S. 390 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. a b c d  Richard C. Ropp: Encyclopedia of the Alkaline Earth Compounds. Newnes, 2012, ISBN 0-444-59553-8, S. 413 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Nuclear Medical Imaging Techniques and Challenges, William W. Moses Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Functional Imaging; February 9, 2005 (PDF; 9,3 MB)
  8.  Peter Rudolph: Handbook of Crystal Growth Bulk Crystal Growth. Elsevier, 2014, ISBN 978-0-444-63306-4, S. 154 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. M. J. Weber: Luminescence of Bi4 Ge3 O12 : Spectral and decay properties. In: Journal of Applied Physics. 44, 1973, S. 5495, doi:10.1063/1.1662183.
  10. D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141–5.
  11. J.L. Bernstein: The unit cell and space group of piezoelectric bismuth germanium oxide (Bi12GeO20). In: Journal of Crystal Growth. 1, 1967, S. 45, doi:10.1016/0022-0248(67)90006-1.
  12. Crystal Structure of Bi12GeO20: Reexamination of the Ge-site Vacancy Model, Eisuke Suzuki, Nobuo Iyi and Kenji Kitamura, J. Korean Phys.Soc. 32,173 doi:10.3938/jkps.32.173
  13.  Kiyotaka Wasa: Handbook of Sputter Deposition Technology Fundamentals and Applications for Functional Thin Films, Nano-materials and MEMS. William Andrew, 2012, ISBN 1-4377-3483-9, S. 400 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).