Luminiscenco: vrste, metode in aplikacije. Toplotno stimulirani luminiscenco - kaj je to?

Luminiscenco - je emisija svetlobe, ki jo nekatere snovi v relativno hladnem stanju. pred sevanjem žarnice organov, kot kurjenje lesa ali premoga, staljenega železa in žice segrevan z električnim tokom se razlikuje. je opaziti emisije luminiscenco:

• v neonskih in fluorescenčne sijalke, televizorji, radarskih zaslonov in fluoroscopes;
• v organskih snovi, kot so luminola ali luciferin v kresnice;
• V nekaterih pigmentov, ki se uporabljajo za oglaševanje na prostem;
• z strele in aurora.

V vseh teh pojavov je oddajanje svetlobe s segrevanjem materiala nad sobno temperaturo, ni povzročila, zato se imenuje hladno svetlobo. Praktična vrednost svetlečih materialov je njihova sposobnost za preoblikovanje nevidno obliko energije v vidno svetlobo.

Viri in postopek

luminiscenco pojav nastane kot posledica absorpcijskega materialne energije, na primer, iz vira ultravijoličnega ali rentgenskih žarkov, elektronskega žarka, kemičnimi reakcijami, in tako naprej. d. Posledica tega atomi snovi, na vzbujeno stanje. Ker je nestabilen, se material povrne v prvotno stanje, in absorbirane energije sprosti v obliki svetlobe in / ali toplote. Postopek vključuje samo zunanje elektrone. Učinkovitost luminiscenco je odvisna od stopnje konverzije vzbujanja energije v svetlobo. Število materialov, ki imajo zadostno zmogljivost za praktično uporabo, je relativno majhna.

Luminiscenco in žarenje

luminiscenco vzbujanje ni povezana z vzbujanje atomov. Ko je vroče materiali začeli svetijo zaradi žarnic, njihovi atomi v vzbujeno stanje. Čeprav vibrirati tudi pri sobni temperaturi, da je dovolj, da je prišlo do sevanje v kolikor infrardečem spektralnem območju. Z naraščajočo temperaturo premakne frekvenco elektromagnetnega sevanja v vidnem območju. Po drugi strani pa je pri zelo visokih temperaturah, ki nastanejo, na primer, v vžigalnih cevk, lahko atomskih trkov tako močna, da se elektroni ločeni od njih in rekombinacije, ki oddaja svetlobo. V tem primeru, luminiscenco in žareče postala neločljiva.

Fluorescent pigmenti in barvila,

Konvencionalni pigmenti in barvila imajo barve saj odražajo tisti del spektra, ki je komplementarna absorbira. Majhen del energije pretvori v toploto, pojavlja pa se znatno emisij. Če pa je fluorescentno pigment absorbira svetlobo v območju od določenega območja, lahko oddajajo fotone, drugačne od odboja. To se zgodi kot posledica procesov znotraj molekule barvila ali pigmenta, s katero je ultravijolična svetloba lahko pretvorijo v vidne, na primer, modro svetlobo. Takšne metode luminescence se uporabljajo v oglaševanje na prostem in pralnih praškov. V slednjem primeru je "čistilnik" ostane v tkivu, ne samo, da odraža belo, ampak tudi za pretvorbo ultravijolično sevanje v modro, rumeno pridobljenih in krepitev belino.

zgodnje študije

Čeprav so strele aurora in mat sij kresnice in gliv nekdaj za človeka, prve študije luminescence začela s sintetičnim materialom, ko Vincenzo Kaskariolo alkimist in čevljar Bologna (Italija), v 1603 g. Segrevamo zmes barijevega sulfata (barita v obliki, težka spar) s premogom. Prašek pridobljeno po hlajenju, nočno modro luminiscenco oddaja, in Kaskariolo opazil, da ga je mogoče obnoviti z izpostavljanjem prahu sončni svetlobi. Snov je bil imenovan "lapis solaris" ali Sunstone, saj alkimisti upal, da je sposoben obrniti navadne kovine v zlato, ki je simbol, ki je na soncu. Afterglow je povzročilo zanimanje številnih znanstvenikov v obdobju, ki dajejo materialov in drugih imen, vključno z "fosforja", kar pomeni "nosilec luči".

Danes je ime "fosfor" se uporablja samo za kemijskega elementa, medtem ko mikrokristalna luminiscentni material imenuje fosfor. "Fosfor" Kaskariolo, očitno, je barijev sulfid. Prvi komercialno dostopen fosfor (1870) postala "barve Balmain" - raztopina kalcijevega sulfida. Leta 1866 je bilo opisano v prvi stabilni cinkov sulfid fosforja iz - enega izmed najpomembnejših sodobno tehnologijo.

Ena od prvih znanstvenih študijah luminiscence, ki se kaže na gnitje lesa ali meso in kresnice, je bila izvedena leta 1672, ki jih je angleški znanstvenik Robert Boyle, ki je, čeprav ni vedel o biokemičnih izvoru tega vidika, vendar je določil nekaj osnovnih lastnosti bioluminiscenčnimi sistemov:

• Glow hladno;
• je mogoče zatreti s kemičnimi snovmi, kot so alkohol, klorovodikove kisline in amoniaka;
• sevanje zahteva dostop do zraka.

V letih 1885-1887, je bilo ugotovljeno, da je surova izvlečki iz kresnice West Indian (pyrophorus) in školjk Foladi ko mešati proizvajajo svetlobo.

Prvi učinkoviti kemiluminiscenco materiali so nebiološkimi sintetične spojine, kot so luminola, odkrite v 1928 letu.

Kemičnomehaničnim in Bioluminiscenca

Večino sproščene energije v kemijskih reakcij, zlasti oksidacijskih reakcijah, ima obliko toplote. V nekaterih reakcijah, toda odseka, ki se uporablja za vzbujanje elektronov do višjih nivojih in fluorescentna molekule pred kemiluminescence (CL). Študije kažejo, da je CL univerzalen pojav, vendar je intenzivnost luminiscenco je tako majhen, da zahteva uporabo občutljivih detektorjev. Obstajajo pa nekatere spojine, ki kažejo živo CL. Najbolj znan med njimi je luminol, ki lahko po oksidaciji z vodikovim peroksidom smo dobili trdno modro ali modro-zeleno svetlobo. Druge prednosti CL-snovi - in lucigenin lofin. Kljub svoji svetlosti CL, ne vsi od njih so učinkoviti pri pretvorbi kemične energije v svetlobo, tj. K. Manj kot 1% molekul oddajajo svetlobo. Leta 1960 je bilo ugotovljeno, da so estri oksalne kisline, oksidira v brezvodnih topilih, v prisotnosti močno fluorescentnih aromatskih spojin oddajajo svetlobo z učinkovitostjo 23%.

Bioluminescenca je poseben tip kemiluminescence encimi katalizirano. Proizvodnja luminiscenco teh reakcij se lahko doseže 100%, kar pomeni, da vsaka molekula luciferin reaktant vstopa oddaja stanje. Vse znane danes bioluminescentno reakcija katalizirana oksidacijske reakcije, ki se pojavljajo v prisotnosti zraka.

termično stimulirani luminiscenco

Thermoluminescence pomeni, da ni toplotno sevanje, ampak krepitev lahkih materialov emisij, elektronov, ki so jih vzbuja toplote. Toplotno spodbudila svetlikanje prišlo v nekaterih mineralov in še posebej v kristalno fosforja, ko so bili navdušeni svetlobo.

fotoluminiscenco

Fotoluminiscenco ki se pojavi zaradi delovanja elektromagnetnega sevanja, materiala, se lahko izvede v območju vidne svetlobe skozi ultravijolični rentgensko in gama sevanje. V luminiscence, s fotoni inducirane, valovno dolžino oddane svetlobe na splošno enaka ali večja od valovne dolžine zanimive (m. E. enak ali manjši moči). Ta razlika v valovni dolžini s preoblikovanjem dohodnega energije v vibracij atomov ali ionov povzroča. Včasih, z intenzivnim laserskim žarkom, oddajajo svetlobo lahko imajo krajšo valovno dolžino.

Dejstvo, da je PL lahko vznemirja ultravijolično sevanje, je odkril nemški fizik Johann Ritter leta 1801, je opazil, da se fosfor sijaj svetlo v nevidnem območju vijolične delu spektra, ter tako odprl UV sevanja. Pretvorba UV v vidni svetlobi je zelo praktičen pomen.

Gama in x-žarki vzbujanje fosforja in drugih kristalnih materialov stanju luminiscentne po procesu ionizacijskim sledi rekombinacije elektronov in ionov, pri čemer nastane luminiscenco. Uporaba tega je v fluoroskopijo uporabljajo v radiologiji in Merilci svetlobe. Zadnji zapis in merjenje sevanja gama usmerjen na disk, prevlečene s fosforjem, ki je v optičnem kontaktu s površino fotopomnoževalko.

triboluminescenca

Ko kristali nekaterih snovi, kot so sladkorji, zdrobljena, vidne iskre. Enako je opaziti v številnih organskih in anorganskih snovi. Vse te vrste luminiscence, ki nastanejo zaradi pozitivnih in negativnih električnih nabojev. Nedavno proizvaja mehanske površine ločevanja v postopku kristalizacije. Izstop svetlobe pa poteka z odvajanjem - neposredno med deli molekul, bodisi skozi vzbujanje luminiscence atmosfere blizu ločene površine.

elektroluminiscenca

Kot thermoluminescence, elektroluminiscenca (EL), izraz vključuje različne vrste luminiscence skupna značilnost, ki se je, da svetloba, ko električni tok v plini, tekočine in trdne snovi. Leta 1752 Bendzhamin Franklin ustanovil luminiscence-strele inducirane razelektritev po zraku. Leta 1860 je bil sijalka najprej pokazali v Royal Society v Londonu. Ona proizvaja belo svetlobo z visokim izpust napetosti skozi ogljikov dioksid pri nizkem tlaku. Sodobni fluorescenčne sijalke temeljijo na kombinaciji Elektroluminiscenca in fotoluminiscenco živosrebrovih atomih z električno sijalko vzbujanjem se ultravijolično sevanje, ki jih oddajajo pretvori v vidno svetlobo preko fosfor.

EL opazili na elektrodah med elektrolizo zaradi rekombinacije ionov (in s tem nekakšen kemiluminescence). Pod vplivom električnega polja v tankih plasteh svetleči cinkovega emisije sulfida svetlobe pojavi, ki se označuje tudi z Elektroluminiscenca.

Veliko število materialov oddaja svetlikanje pod vplivom pospešenih elektronov - diamanta, rubina, kristalno fosfor in nekatere kompleksne platine soli. Prva praktična uporaba cathodoluminescence - osciloskop (1897). Podobne zasloni uporabljajo poboljšanih kristalnih fosforja se uporabljajo v televizorjih, radarji, osciloskopi in elektronskim mikroskopom.

radijskih

Radioaktivni elementi lahko oddajajo alfa delci (helij jedra), elektrone in gama žarki (visoko energijo elektromagnetnega sevanja). Sevanje luminiscenco - sij, ki ga radioaktivno snovjo navdušeni. Ko alfa delcev bombardira kristalni fosfor, ki je vidna pod mikroskopom drobne utripanja. To načelo uporablja angleški fizik Ernest Rutherford, da dokaže, da ima atom osrednje jedro. Self-svetleče barve se uporablja za označevanje ure in druga orodja, ki temeljijo na RL. Sestavljeni so iz fosforja in radioaktivne snovi, na primer tritija ali radija. Impresivno naravne luminiscenco - je aurora borealis: radioaktivne procesov na Soncu oddajajo v prostor velike množice elektronov in ionov. Ko se približajo Zemlji, ki jih njegova Geomagnetni polje usmeri polov. procesov na osnovi razelektrenja plina v zgornji plasti atmosfere in ustvarjajo znani Aurora.

Luminiscenco: fizika procesa

Emisija vidne svetlobe (npr. E. S valovnih dolžinah med 690 nm in 400 nm) vzbujanja zahteva energijo, ki se določi vsaj pravom Einstein. Energija (e) je enako konstantno Planck je (h), pomnožen s frekvenco svetlobe (ν) ali njene hitrosti v vakuumski (c), deljena z valovno dolžino (λ): E = hν = hc / λ.

Tako je energija, potrebna za vzbujanje giblje od 40 kJ (za rdeče) do 60 kcal (rumene) in 80 kalorij (do vijolično) na mol snovi. Drug način za izražanje energije - v elektron voltov (1 eV = 1,6 x 10 ^-12 ERG) - od 1,8 do 3,1 eV.

Energija vzbujanja se prenese elektronov, ki so odgovorni za luminiscenco, ki skoči iz svoje ravnine na višjo enega. Ti pogoji so določeni z zakoni kvantne mehanike. Različni mehanizmi vzbujanja je odvisna od tega, ali se pojavi v posameznih atomov in molekul, ali v kombinacijah molekul v kristalu. So začela z delovanjem pospešenih delcev, kot so elektroni, pozitivnih ionov ali fotonov.

Pogosto je energija vzbujanja je bistveno višja, kot je potrebno za dvig elektron sevanju. Na primer, fosfor luminescence kristal televizijski zasloni, katodo elektroni proizvedena s srednjimi energijami 25.000 voltov. Kljub temu, barva fluorescentne svetlobe skoraj neodvisno od energije delcev. To vpliva na raven vzbujeno stanje kristalno energetskih centrov.

fluorescenčne sijalke

Delci, zaradi česar pride luminiscenco - to zunanji elektroni atomov ali molekul. V fluorescenčne sijalke, ki je, kot je atom živo srebro vozi pod vplivom energije 6,7 eV ali več, dviganje enega od obeh zunanjih elektronov na višjem nivoju. Po svoji vrnitvi v osnovnem stanju je razlika v oddane energije kot ultravijolično svetlobo z valovno dolžino 185 nm. Prehod med bazo in drugi ravni proizvaja ultravijolično sevanje pri 254 nm, kar lahko vzbuja druga fosfor generiranje vidno svetlobo.

To sevanje še posebej intenzivno pri nizkem tlaku živosrebrovih par (10 ^-5 atmosferi), uporabljenega v plinske sijalke z nizkim pritiskom. Tako je približno 60% elektronov energije pretvori v monokromatsko UV svetlobo.

Pri visokem tlaku, frekvenca povečuje. Spektri ni več sestavljen iz enega spektralne črte 254 nm in energijo sevanja porazdelimo iz spektralnih črt, ki ustrezajo različnim elektronskih ravneh: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 in 578 nm. Visokotlačne živosrebrne žarnice se uporabljajo za osvetlitev, saj je vidno 405-546 nm modro-zeleno svetlobo, medtem ko preoblikovanje del sevanja v rdečo luč uporabo fosfor kot rezultat obarva belo.

Ko molekul plina vzbujanjem njihove luminescence spektri kažejo širokih pasov; niso le elektroni dvigne na raven višje energije, a hkrati navdušen vibracijsko in rotacijsko gibanje atomov na celoto. To je zato, ker so vibracijsko in rotacijsko energijo molekul 10 ^-2 10 ^-4 prehodnega energije, ki pripomorejo k opredeljujejo množico nekoliko različnih komponent valovni dolžini enega samega traku. Večje molekule več prekrivajoče trakov, enega za vsako vrsto prehoda. Molekule sevanja v raztopini prednostno ribbonlike da z interakcijo razmeroma velikega števila vzbujenega in topnih molekul povzroča. V molekul, kot atomi, ki so vključene v luminiscence zunanjih elektronov molekulskih orbital.

Fluorescence in fosforescenco

Ti pogoji se lahko razlikujejo ne samo glede na trajanje luminiscence, ampak tudi z načinom proizvodnje. Kadar je elektron vzbujen v enovitem stanju s posesti tekmovanjih 10 ^-8 s, iz katere ga je mogoče enostavno vrne na tla, snov oddaja energijo kot fluorescence. Med prehodom, spin ne spremeni. Osnovni in vzbujena stanja imajo podobno množico.

Electron, pa lahko dvigne na višjo raven energije (imenovano "razburjen trojček država"), s svojo zadnjo obravnavo. V kvantni mehaniki, prehodi iz države trodelno do enojnega prepovedano, zato je čas njihovega življenja, še veliko več. Zato je luminiscenco v tem primeru je veliko bolj dolgoročno: obstaja fosforescenco.