Луминесценце: врсте, методе и апликације. Термички стимулисани луминесцентним - шта је то?

Луминесценце - је емисија светлости одређених материјала у релативно хладном стању. Се разликује од зрачења вештачким органима попут запаљеног дрва или угаљ, а растопљеног гвожђа и жице греје електричне струје. луминесценце емисија је примећено:

• ин неон и флуоресцентне лампе, телевизори, радарских екрана и флуоросцопес;
• ин органских супстанци попут луминол или луциферина у свитаца;
• у неким пигментима који се користе у спољно оглашавање;
• са муњама и аурора.

У свим овим појавама светлости емисија није изазван загревањем материјала изнад собне температуре, па се назива хладно светло. Практична вредност луминесцентних материјала је њихова способност да трансформише невидљиву облик енергије у видљиве светлости.

Извори и процес

луминесценце феномен јавља као последица енергетске апсорпције материјала, на пример, од извора ултраљубичасте или рендгенских зрака, електронских снопова, хемијске реакције, и тако даље. д. Ово резултира атома супстанце узбуђена држави. Пошто је нестабилан, материјалне се враћа у првобитно стање, и апсорбоване енергије се ослобађа као светлост и / или топлоте. Процес укључује само спољне електроне. Ефикасност луминесценце зависи од степена конверзије ексцитације енергије у светлост. Број материјала који имају довољно перформансе за практичну примену, је релативно мала.

Луминесценце и усијаност

луминесценце екцитатион није повезан са изазивањем атома. Када хот материјали почну да светле као резултат сијалица, њихови атоми у узбуђени стању. Иако су вибрирају чак и на собној температури, довољно је да радијација догодио у далеко инфрацрвене спектралне региону. Са порастом температуре помера фреквенцију електромагнетног зрачења у видљивом региону. С друге стране, на веома високим температурама које се генеришу на пример у шоку епрувете, атомска судари могу бити толико јака да су електрони одвајају од њих и рекомбинује, емитује светлост. У овом случају, луминисценција и сијалице постају разликовати.

Флуоресцентни пигменти и боје,

Конвенционалне пигменти и бојила имају боју јер одражавају тај део спектра који је комплементаран апсорбује. Мали део енергије претвара у топлоту, али дође значајан емисије. Ако, међутим, флуоресцентни пигмент апсорбује светлост у опсегу од одређеног подручја може емитовати фотоне различите од рефлексије. Ово се дешава као резултат процеса унутар боје или пигмента молекул, чиме ултраљубичасте светлости могу претворити у видљиви, на пример, плавим светлом. Такви поступци луминисцентна се користе у отвореном оглашавања и прање прашкове. У овом другом случају, "цларифиер" остаје у ткиву не само рефлектује белу, али и претворити ултраљубичасто зрачење у плаво, жуто компензације и побољшање белину.

ране студије

Иако су муње аурора и тупо сјај свитаца и гљива су одувек били познати човечанству, прве студије луминисцентна почео са синтетичким материјалом, када Винцензо Каскариоло Алцхемист обућар Болоњског (Италија), 1603. г. Грејана смеша баријум сулфата (барите у форми, хеави Спар) са угљем. Прах добијен после хлађења, ноћ плава луминисценција емитује, а Каскариоло приметио да се може вратити подвргавањем праха сунцу. Супстанца је назван "Лапис Соларис" или сунчев, јер алхемичари надао да је у стању да се просте метале у злато, симбол који је сунце. Афтерглов је изазвао интересовање многих научника из тог периода, дајући материјала и другим именима, укључујући и "фосфора", што значи "носач светлости".

Данас наме "фосфор" се користи само за хемијски елемент, а микрокристална луминесцент материјал се зове фосфор. "Фосфор" Каскариоло, очигледно, био је баријум сулфид. Први комерцијално доступни фосфор (1870) постао "сликати Балмаин" - решење калцијум-сулфид. 1866., што је описано у првом стабилна цинк сулфид фосфора у - један од најзначајнијих у савременој технологији.

Један од првих научних студија у светлошћу, која се манифестује на трули дрвета или месо и свице, извршена је 1672. од стране енглеског научника Роберт Бојл, који је, иако није знао о биохемијске пореклу ове светлости, али поставити неке од основних карактеристика биолуминесцентних система:

• Глов хладно;
• може се потиснути хемијским средствима као што је алкохол, хлороводонична киселина и амонијака;
• зрачење захтева приступ ваздуха.

У годинама 1885-1887, примећено је да сирови екстракти из свитаца Вест Индиан (пиропхорус) и цлам Фолади када се помеша производе светлост.

Први ефикасни хемилуминесцентна материјали били нонбиологицал синтетичка једињења попут луминол, откривене 1928. године.

Цхеми- и Биолуминесценце

Највише енергије ослобођена у хемијским реакцијама, нарочито оксидације, има облик топлоте. У неким реакцијама, али је један део користе да побуде електроне до виших нивоа, иу флуоресцентних молекула пред хемилуминесценције (ЦЛ). Студије показују да ЦЛ је универзална појава, али је интензитет луминесцентним је толико мала да захтева коришћење осетљивих детектора. Постоје, међутим, нека од једињења која испољавају живописну ЦЛ. Најпознатији од њих је луминол, који се након оксидације са водоник пероксидом може дати снажан плаву или плаво-зелене светлости. Други Предности ЦЛ-материја - и луцигенин лофин. Упркос својој осветљаја ЦЛ, нису сви од њих су ефикасни у претварању хемијске енергије у светлост, тј. К. Мање од 1% од молекула емитују светлост. У 1960. установљено је да су естри оксалне киселине, оксидован у анхидрованим растварачима у присуству високо флуоресцентних ароматичних једињења емитују светлост са ефикасношћу од 23%.

Биолуминесценце је посебна врста хемилуминесценције катализоване ензимима. Луминесценција Излаз ових реакција може достићи 100%, што значи да сваки молекул Луциферин реактанта улази емитовање стање. Све познате данас биолуминесцент Реакција катализоване реакцију оксидације који се јављају у присуству ваздуха.

Термички стимулисани луминесценце

Термолуминисцентних значи да нема топлотно зрачење него јачање светлосне емисије материјале електроне које узбуђени топлотом. Термички стимулисане луминесценцију посматрано у неким минералима и нарочито кристалним фосфора након што су узбуђен светлост.

фотолуминисценција

Фотолуминисценција која настаје под дејством електромагнетних зрачења инцидента на материјалу, могу бити у опсегу видљиве светлости кроз ултраљубичасте к-зраке и гама зрачења. У луминисценцијом, изазван фотона, таласна дужина емитоване светлости је обично једнака или већа од таласне дужине узбудљивог (м. Е. једнака или мања снага). Ова разлика у таласне дужине изазвано трансформацијом долазећег енергије у вибрацијама атома или јона. Понекад, са интензивним ласерским зраком, емитована светлост може имати краћи таласну дужину.

Чињеница да се ПЛ се узбуђује ултраљубичастог зрачења, открио је немачки физичар Јохан Риттер 1801. године, он је приметио да су Фосфори сјај јарко у невидљивом подручју пурпле делу спектра, и на тај начин отворио УВ зрачење. Конверзија УВ до видљиве светлости је од великог практичног значаја.

Гама и к-зрака побуђују фосфора и других кристалних материјала на луминисценгном државе од стране процеса јонизације праћено рекомбинације електрона и јона, при чему долази до луминесцентним. Корист од тога је у флуороскопије користи у радиологији, и сцинтилационе шалтерима. Последњи запис и мерење гама зрачења усмерена на диску обложена фосфора, који је у контакту са оптичком површином фотомултипликатор.

триболуминесценце

Када су кристали неких супстанци, као што су шећери, дробљени, видљиве искре. Исто је примећено у многим органским и неорганским материјама. Сви ови типови светлошћу генерисане позитивних и негативних наелектрисања. Рецент продуцед би механичким одвајања површинама у процесу кристализације. Лигхт емиссион затим се врши пражњење - било директно између остатака молекула, било кроз ексцитацију луминесценције атмосфере код раздвојеног површини.

елецтролуминесценце

Као термолуминисцентних, елецтролуминесценце (ЕЛ), израз обухвата разне врсте луминисценгном заједничка карактеристика од којих је та светлост емитује када електрично пражњење у гасовима, течностима и чврстих материјала. 1752 Бендзхамин Франклин успостављена луминесценцију муње индукованог електричног пражњења кроз атмосферу. У 1860., испуштање лампа је први пут показала у Краљевског друштва у Лондону. Она произведена светле бело светло са високом пражњење напона кроз угљен диоксида на ниском притиску. Модерни флуоресцентне сијалице се базирају на комбинацији елецтролуминесценце и фотолуминисценција живе атома одушевљене електричног пражњења лампе, ултравиолетно зрачење емитује њих претвара у видљиву светлост преко фосфора.

ЕЛ уочени на електродама током електролизе због рекомбинације јона (и самим тим неку врсту хемилуминесценције). Под утицајем електричног поља у танким слојевима луминесцент цинк сулфида емисије светлости долази, који се такође називају елецтролуминесценце.

Велики број материјала емитује луминесценцију под утицајем убрзаних електрона - брилијанти, рубин, кристално фосфора и одређени комплекси платине соли. Први практична примена цатходолуминесценце - Осцилоскоп (1897). Слични екрани користе побољшане кристалне фосфора се користе у телевизорима, радара, осцилоскопи и електронски микроскопи.

радио

Радиоактивни елементи могу емитовати алфа честице (језгра хелијума), електроне и гама зраке (високо-енергетска електромагнетно зрачење). Радиатион луминесценце - сјај узбуђен радиоактивне материје. Када алпха партицле бомбардују кристална фосфор, видљив под микроскопом малог треперења. Овај принцип користи енглески физичар Ернест Рутхерфорд, да докаже да је атом има централно језгро. Самосветлећи боја која се употребљава за обележавање сатове и друге алатке се заснива на РЛ. Они се састоје од фосфора и радиоактивне материје, на пример трицијум или радијума. Импрессиве натурал луминесценце - је аурора бореалис: радиоактивни процеси на сунцу емитују у свемир огромне масе електрона и јона. Када се приближавају земљу, његова геомагнетни поље их усмерава на половима. Гас-пражњења процеси у горњим слојевима атмосфере и стварају познату аурора.

Луминесценце: физика процеса

Емисија видљиве светлости (нпр. Е. Са таласних дужина између 690 нм и 400 нм) побуђивање захтева енергију, који се одређује барем Еинстеин законом. Енергија (Е) равна Планкове константе (х), помножен са фреквенцијом светлости (ν) или његове брзине у вакуумској (ц), подељена са таласном дужином (λ): Е = хν = хц / λ.

Стога, енергија потребна за побуђивање у распону од 40 килокалорија (за ред) до 60 кцал (за жута), и 80 калорија (до љубичасте) по молу супстанце. Други начин да се изрази енергије - ин електронских волти (1 еВ = 1,6 × 10 ^-12 Ерг) - од 1,8 до 3.1 еВ.

Енергија побуде се преноси електронима одговорним за луминисценцијом тај скок од свог нивоа тла на виши један. Ови услови се одређују законима квантне механике. Различити механизми ексцитације зависи од тога да ли се дешава у појединачним атомима и молекулима, или комбинацијама молекула у кристалу. Њих покреће деловањем убрзаних честица, попут електрона позитивних јона или фотона.

Често, побуда енергија је знатно већи него што је потребно да се подигне електрон на зрачење. На пример, фосфор луминисцентна цристал телевизијски екрани, катода електрони произведени са средњим енергијама 25.000 волти. Ипак, боја флуоресцентног светла скоро независна од енергије честица. То зависи од нивоа узбуђен стању кристала енергетских центара.

флуоресцентне лампе

Честице, према којима се због јавља луминесценце - ова спољашња електрони атома или молекула. У флуоресцентне лампе, као што су атом жива вођена под утицајем енергије 6,7 еВ или више, подизање једног од два вањска електрона на виши ниво. Након повратка у основном стању разлика у енергији се емитује као ултраљубичасте светлости са таласном дужином од 185 нм. Прелаз између базе и других нивоа производи ултраљубичасто зрачење на 254 нм, што заузврат, може узбуди друге фосфор сгенерирована видљиву светлост.

Ово зрачење је посебно интензивна на ниском притиску живином паром (10 ^-5 атмосфера) користе у гасним сијалице ниског притиска. Тако око 60% електронске енергије конвертује у монохроматска УВ светлом.

При високом притиску, фреквенција повећава. Спецтра не састоји се од једне спектралне линије 254 нм, а енергија зрачења дистрибуира из спектралних линија које одговарају различитим електронским нивоима: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 и 578 нм. Високог притиска мерцури светиљке се користе за осветљење, јер је видљиво 405-546 нм плаво-зелене светлости док трансформишући део зрачења у црвено светло користећи фосфор као резултат постаје бела.

Када молекули гаса су узбуђени, њихови спектри луминисцентна показују широке опсеге; не само електрони су подигнути на ниво виши енергије, али истовремено узбуђен вибрациони и ротационо кретање атома у целини. То је зато што вибрациони и ротациону енергија молекула је 10 ^-2 и 10 ^-4 транзиције енергија, које додају до дефинише мноштво незнатно различите таласне компоненте једног бенда. Већи молекули имају неколико преклапају траке, по један за сваку врсту транзиције. Радиатион молекули у раствору корисно врпчаст који узрокован интеракцијом релативно великог броја екситираних молекула и молекула растварача. У молекулима, као у атомима укључених у Луминесценце спољним електрона молекулских орбитала.

Флуоресценција и Пхоспхоресценце

Ови услови могу разликовати не само на основу трајања луминисценција, већ и својом методом производње. Када се електрон узбуђена у синглет стање са мандата њој 10 ^-8 с, од којих се лако може вратити на земљу, супстанца емитује своју енергију као флуоресценције. Током транзиције, спин не мења. Основни и узбуђени државе имају сличну мноштво.

Електрон, међутим, може да се подигне на виши ниво енергије (назвао "узбуђен тројке држава") са леђима третманом. У квантној механици, прелази из триплет државе до синглет забрањено, и зато је време њиховог живота много више. Према томе, луминисценција у овом случају је много дугорочни: има Пхоспхоресценце.