Luminescencja: rodzaje, metody, zastosowanie. Stymulowana termicznie luminescencja jest czym?

Luminescencji – jest emisja światła od pewnych materiałów w stanie stosunkowo zimna. Różni się on od promieniowania ciał żarowe, takie jak pieczenie drewno lub węgiel, a płynny metal i drutu ogrzanego przez prąd elektryczny. emisja luminescencji zaobserwowano:

• w neon i świetlówek, telewizory, ekrany radarowe fluoroscopes;
• substancje organiczne, takie jak luminol lub lucyferyny z robaczków świętojańskich;
• w niektórych pigmentów stosowanych w reklamie zewnętrznej;
• z piorunami i Aurora.

We wszystkich tych zjawisk emisji światła nie jest spowodowane przez podgrzewanie materiału powyżej temperatury pokojowej, a więc nazywane jest zimnego światła. Praktyczna wartość materiałów luminescencyjnych jest ich zdolność do przekształcania niewidoczne formy energii do światła widzialnego.

Źródła i proces

luminescencji Zjawisko to występuje na skutek materiału pochłaniającego energię, na przykład ze źródła promieniowania ultrafioletowego lub promieniowania rentgenowskiego, wiązki elektronów, reakcje chemiczne, itp. d. Powoduje to atomy substancji do stanu wzbudzonego. Ponieważ jest niestabilna, materiał powraca do swojego pierwotnego stanu, oraz pochłonięta energia jest uwalniana w postaci światła i / lub ciepła. Proces ten polega na tylko zewnętrzne elektrony. Wydajność luminescencji zależy od stopnia konwersji energii wzbudzenia w światło. Liczba materiałów, które mają wystarczającą wydajność do praktycznego wykorzystania, jest stosunkowo niewielka.

Luminescencji i ĹĽarzeniowe

luminescencji wzbudzenia nie jest związany z wzbudzeniem atomów. Gdy gorące materiały zaczynają świecić w wyniku żarówek, ich atomy są w stanie wzbudzonym. Mimo, że wibruje również w temperaturze pokojowej, to jest na tyle, że promieniowanie to miało miejsce w dalekiej podczerwieni zakresu widma. Wraz ze wzrostem temperatury przesunięcia częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym. Z drugiej strony, w bardzo wysokich temperaturach, które są wytwarzane, na przykład, w rurach uderzeniowych, zderzeń atomowych może być tak silna, że elektrony są oddzielone od nich i rekombinacji, emitując światło. W tym przypadku, luminescencji i żarowe stać się nie do odróżnienia.

Pigmenty fluorescencyjne i barwniki

typowe pigmenty i barwniki mają kolor, ponieważ odzwierciedlają część widma, która jest komplementarna wchłaniany. Mała część energii zamienia się w ciepło, lecz występuje istotne emisji. Jednakże, jeśli barwnik fluorescencyjny absorbuje światło w zakresie danej dziedzinie, może emitują fotony, różne od odbicia. Dzieje się tak w wyniku procesów w cząsteczce barwnika lub pigmentu, przez które światło ultrafioletowe może być przekształcony w widoczny, na przykład, światło niebieskie. Takie metody luminescencji są wykorzystywane w reklamie zewnętrznej oraz w proszkach do prania. W tym ostatnim przypadku „osadnik” pozostaje w tkance nie tylko odzwierciedlać białej, ale także do konwersji promieniowania ultrafioletowego na niebiesko, żółte kompensacyjnych i zwiększanie białości.

wczesne badania

Mimo, że piorun Aurora matowa blask świetlików i grzybów zawsze znane ludziom, pierwsze badania luminescencji rozpoczęła się tworzywa sztucznego, gdy Vincenzo Kaskariolo alchemik i szewskie Bolonia (Włochy) w 1603 g. Ogrzana mieszanina siarczanu baru (barytu w formie baryt) z węglem. Otrzymany po ochłodzeniu proszku, granatowy luminescencji emitowanej i Kaskariolo zauważył, że może ona zostać przywrócona przez poddanie proszku do światła słonecznego. Substancja została nazwana „lapis Solaris” czy słoneczny, ponieważ alchemicy nadzieję, że jest w stanie włączyć metale nieszlachetne w złoto, symbol, który jest słoneczny. Afterglow spowodował zainteresowanie wielu badaczy tego okresu materiałów dawania i innymi nazwami, w tym „fosfor”, co oznacza „nośnik światła”.

Obecnie nazwa „fosfor” stosuje się tylko w przypadku pierwiastka chemicznego, natomiast materiał luminescencyjny mikrokrystaliczna zwany fosforowego. „Fosfor” Kaskariolo najwyraźniej był siarczku barowego. Pierwszy dostępny w handlu fosforu (1870) stały się „farba Balmain” – roztwór siarczku wapnia. W 1866 roku, został opisany w pierwszym stabilnym Siarczek cynku z fosforem – jednym z najważniejszych w nowoczesnej technologii.

Jednym z pierwszych badań naukowych luminescencji, która objawia się na gnicie drewna lub ciało i świetliki, zostało przeprowadzone w 1672 roku przez angielskiego uczonego Robert Boyle, który, choć nie wiedział o biochemicznego pochodzenia tego światła, jeszcze ustawić kilka podstawowych cech systemów bioluminescencyjnych:

• Glow zimno;
• może być tłumione przez środki chemiczne, takie jak alkohol, kwas solny i amoniak;
• Promieniowanie wymaga dostępu do powietrza.

W latach 1885-1887, stwierdzono, że surowe ekstrakty z świetlików zachodnioindyjski (pyrophorus) i małży Foladi po zmieszaniu wytwarzają światło.

Pierwsze skuteczne materiały chemiluminescencyjne były niebiologiczne związki syntetyczne, takie jak luminol odkryty w 1928 roku.

Chemiczno i bioluminescencja

Większość energii uwalnianej w reakcjach chemicznych, szczególnie reakcji utleniania, jest w postaci ciepła. W niektórych reakcjach, ale część stosowanego do wzbudzenia elektronów do wyższych poziomów, w cząsteczki fluorescencyjne przed chemiluminescencji (CL). Badania pokazują, że CL jest zjawiskiem powszechnym, ale intensywność luminescencji jest tak mała, że wymaga zastosowania czułych detektorów. Istnieją jednak pewne związki, które wykazują żywe CL. Najbardziej znanym z nich jest luminol, która w wyniku utleniania nadtlenkiem wodoru może dać silne światło niebieską lub niebiesko-zielony. Inne atuty CL-substancji – i lucygeniny lofin. Pomimo ich jasności CL, nie wszystkie z nich są skuteczne w konwersję energii chemicznej w energię światła, np. K. mniej niż 1% cząstek emitują światło. W 1960 stwierdzono, że estry kwasu szczawiowego, utlenione w bezwodnych rozpuszczalnikach, w obecności fluorescencyjny związków aromatycznych emituje silne światło z wydajnością 23%.

Bioluminescencja jest szczególnym rodzajem chemiluminescencji katalizowany przez enzymy. Wydajność luminescencji tych reakcji może osiągnąć 100%, co oznacza, że każda cząsteczka lucyferyna reagenta wchodzi emitujące stanu. Wszystkie znane już bioluminescencji reakcję katalizuje reakcje utleniania zachodzące w obecności powietrza.

stymulowane termicznie luminescencji

Termoluminescencji oznacza brak promieniowania cieplnego i wzmocnienia lekkich materiałów emisyjnych elektrony, które są wzbudzane przez ciepło. Termicznie stymulowanej luminescencji obserwowanej w niektórych składników mineralnych, a zwłaszcza w kryształowych luminoforów po zostały one wzbudzane przez światło.

fotoluminescencji

Fotoluminescencji który zachodzi pod działaniem padające promieniowanie elektromagnetyczne w materiale mogą być wykonane w zakresie światła widzialnego przez ultrafioletowe rentgenowskie i promieniowanie gamma. W luminescencji wywołanej przez fotony o długości fali emitowanego światła jest ogólnie równa lub większa od długości fali obiecującą (m. E. równa lub mniejsza zasilania). Ta różnica w długości fal spowodowany przemiany energii wchodzącego w drgania atomów lub jonów. Czasami, z intensywną wiązkę laserową, emitowane światło może mieć krótszą długość fali.

Fakt, że PL mogą być wzbudzane przez promieniowanie ultrafioletowe, została odkryta przez niemieckiego fizyka Johann Ritter w 1801 roku zauważył, że luminofory świecą jasno w niewidzialnej regionie fioletowym części widma, a tym samym otworzył promieniowanie UV. Przekształcenie UV na światło widzialne ma ogromne znaczenie praktyczne.

Gamma i promieniowanie rentgenowskie pobudzają luminoforów i inne materiały krystaliczne do stanu luminescencji o jonizującemu następnie rekombinacji jonów i elektronów, przy czym występuje luminescencji. Korzystanie z niego jest w fluoroskopii używane w radiologii i liczników scyntylacyjnych. Ostatni zapis i pomiaru promieniowania gamma skierowaną na płycie pokrytej fosforu, który znajduje się w kontakcie optycznym z powierzchnią fotopowielacza.

tryboluminescencja

Gdy kryształy niektórych substancji, takich jak cukry, kruszone, widocznym iskry. To samo występuje w wiele substancji organicznych i nieorganicznych. Wszystkie te rodzaje luminescencji generowane przez dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych. Najnowsze wytwarzać mechaniczne powierzchni rozdzielania w procesie krystalizacji. Emisja światła, a następnie odbywa się przez opróżnianie – albo bezpośrednio pomiędzy ugrupowaniami cząsteczki, albo za pomocą wzbudzenia luminescencji atmosfery blisko oddzielone powierzchni.

elektroluminescencja

Jako termoluminescencji, elektroluminescencji (EL), przy czym termin ten obejmuje różne rodzaje luminescencji, których wspólną cechą jest to, że światło jest emitowane, gdy wyładowanie elektryczne gazów, cieczy i ciał stałych. 1752, Benjamin Franklin ustalone luminescencji wywoływanego przez piorun wyładowanie elektryczne w atmosferze. W 1860 roku, lampa wyładowcza została po raz pierwszy wykazano w Royal Society of London. Wytworzyła się jasne, białe światło o wysokim napięciu rozładowania przez dwutlenek węgla pod niskim ciśnieniem. Nowoczesne lampy fluorescencyjne są oparte na kombinacji elektroluminescencyjne i rtęci fotoluminescencji atomów wzbudzanych elektryczny lampy wyładowczej, że promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez nie przekształca się światłem widzialnym przez luminofor.

EL zaobserwować na elektrodach podczas elektrolizy w wyniku rekombinacji jonów (a zatem rodzaj chemiluminescencji). Pod wpływem pola elektrycznego w cienkiej warstwy luminescencyjnego siarczku cynku emisja światła zachodzi, która jest również określana jako elektroluminescencji.

Duża liczba materiałów emituje luminescencji pod wpływem przyspieszonych elektronów – diament, rubin, fosforu kryształu i pewne kompleksy soli platynowej. Pierwszym praktycznym zastosowaniem Katodoluminescencja – Oscyloskop (1897). Podobne ekranów za pomocą ulepszonych luminofory krystaliczne, są stosowane w telewizorach, radary, oscyloskopów i mikroskopem elektronowym.

radia

pierwiastki promieniotwórcze mogą emitować cząstki alfa (jąder helu), elektrony i promieniowanie gamma (promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej energii). Promieniowanie luminescencji – blask podekscytowany substancji radioaktywnych. Gdy alfa cząstek bombardowanie krystaliczną fosforowego, widoczne pod mikroskopem maleńkim migotania. Ta zasada korzystania angielski fizyk Ernest Rutherford, aby udowodnić, że atom ma centralny rdzeń. Samoświetlna farby używane do znakowania zegarki i inne narzędzia są oparte na RL. Składają się one z fosforu i substancji radioaktywnych, na przykład tryt lub rad. Imponujące naturalne luminescencji – jest aurora borealis: procesy radioaktywne na słońce emituje w przestrzeń ogromnych mas elektronów i jonów. Kiedy zbliżamy się do Ziemi, jej pole geomagnetyczne kieruje je do biegunów. Procesy gazu wylotowego w górnej warstwie atmosfery i tworzenie wychwalanym Aurora.

Luminescencji: fizyka procesu

Emisja światła widzialnego (tj. E o długości fali pomiędzy 690 nm a 400 nm), wzbudzenia wymaga energii, która jest ustalona na co najmniej prawie Einsteina. Energia (E) jest równa stałą Plancka (h), pomnożonej przez częstotliwość światła (v) i jego prędkości w próżni (c), podzieloną przez długość fali (X): E = hν = HC / X.

W ten sposób, energia potrzebna do wzbudzenia w zakresie od 40 kcal (na czerwono) do 60 kcal (żółtej) i 80 kalorii (na fioletowy) na mol substancji. Innym sposobem wyrażenia energii – w elektronowoltów (1 eV = 1,6 x 10 ^{~ 12} ERG) – od 1,8 do 3,1 eV.

Energia wzbudzenia elektronów jest przenoszona do odpowiedzialnych za luminescencji że jego skok z poziomu gruntu na wyższy. Warunki te są określone przez prawa mechaniki kwantowej. Różne mechanizmy wzbudzenia zależy od tego, czy występuje on w pojedynczych atomów i cząsteczek lub kombinacji cząsteczek w krysztale. Są inicjowane przez działanie przyspieszonych cząsteczek, takich jak elektrony, jony dodatnie lub fotonów.

Często energii wzbudzenia jest znacznie większe niż jest potrzebne do podniesienia elektronów na promieniowanie. Na przykład, ekran kryształ telewizyjnych luminoforu luminescencji elektrony katodzie wytwarza o średniej energii 25000 woltów. Niemniej jednak, barwa światła fluorescencyjnego jest prawie niezależny od energii cząstek. To zależy od poziomu wzbudzonego stanu centrów kryształ energii.

świetlówki

Cząsteczki, w wyniku czego występuje luminescencji – to zewnętrzne elektrony atomów i cząsteczek. W lampach fluorescencyjnych, takich jak atom rtęci jest napędzana pod wpływem energii 6,7 eV lub więcej, unosząc jeden z dwóch zewnętrznych elektronów na wyższym poziomie. Po powrocie do stanu podstawowego różnica energii jest emitowana w świetle ultrafioletowym o długości fali 185 nm. Przejście między stacją bazową a innym poziomie wytwarza promieniowania ultrafioletowego przy 254 nm, co z kolei może pobudzają inne wytwarzające luminofor światła widzialnego.

Promieniowanie to jest szczególnie intensywny na niskim ciśnieniu par rtęci (10) ^-5 atmosfery stosowanych w lampach wyładowczych o niskim ciśnieniu. W ten sposób około 60% energii elektronów zamienia się w monochromatycznego światła UV.

Pod wysokim ciśnieniem, częstotliwość wzrasta. Widmo składa się nie z jednej linii widmowej 254 nm, a energia promieniowania jest przekazywane z linii widmowych odpowiadających różnym poziomom elektronicznych: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 i 578 nm. lamp rtęciowych wysokiego ciśnienia stosuje się do oświetlania, ponieważ widzialnego 405-546 nm, niebiesko-zielone światło, przekształcając część promieniowania w czerwonym światłem za pomocą fosforu jako wynik staje się biały.

Kiedy cząsteczki gazu jest pobudzony, a ich widma luminescencji wykazują szerokie pasma; elektrony są nie tylko zwiększone do poziomów wyższej energii, lecz równocześnie pobudzony wibracji i obrotowy ruch węgla w całości. To dlatego, że energia wibracyjna i obrotowa cząsteczek ma 10 ^{~ 2} i 10 ^{~ 4} energie przejściowych, które sumują się do zdefiniowania dużej ilości nieco innych składników długości fali pojedynczego pasma. Większe cząsteczki mają kilka nakładających się wstęg, po jednej dla każdego typu przejścia. Cząsteczki promieniowania w roztworze korzystnie ribbonlike powodowane przez wzajemne oddziaływanie ze stosunkowo dużej liczby wzbudzonych cząsteczek i cząsteczki rozpuszczalnika. W cząsteczkach, a w atomów związanych z luminescencji zewnętrznych elektronów orbitali molekularnych.

Fluorescencja i fosforescencja

Warunki te można odróżnić nie tylko na podstawie czasu trwania luminescencji, ale także sposobu jego wytwarzania. Kiedy elektrony są wzbudzane do stanu singletowego mianowany z niej ulepszeń 10 ^-8 s, z którego można go łatwo powrócić do podłoża, substancji emituje energię w postaci fluorescencji. W okresie przejściowym, spin nie zmienia. Podstawowe stany wzbudzone i mają podobną wielość.

Elektron, jednak może być podniesiona na wyższy poziom energii (zwanego „wzbudzony stan trójka”) z plecami leczenia. W mechanice kwantowej, przejścia od stanu trypletowego do podkoszulek zakazane, a zatem czas ich życia znacznie więcej. Dlatego luminescencji w tym przypadku jest znacznie bardziej długoterminowe: nie ma fosforyzujące.