Luminescence: vrste, metode i aplikacije. Termički stimuliranom luminescence - šta je ovo?

Luminescence - je emisija svjetla od strane pojedinih materijala u relativno hladnom stanju. Ona se razlikuje od zračenja sa žarnom niti tijela, kao što su spaljivanje drva ili ugalj, rastaljenog željeza i žice grije električnu struju. emisija luminescence je primijetio:

• u neon i fluorescentne svjetiljke, televizori, radara i fluoroscopes;
• u organske materije, kao što su luminol ili luciferin u svici;
• u određenim pigmenata koji se koriste u outdoor oglašavanja;
• sa munje i aurora.

U svim ovim pojavama svjetlost emisija nije uzrokovana zagrijavanje materijala iznad sobne temperature, tako da se zove hladno svjetlo. Praktična vrijednost svjetlećim materijala je njihova sposobnost da se transformiše nevidljivi oblik energije u vidljivu svjetlost.

Izvori i proces

luminescence fenomen nastaje kao rezultat apsorpcije energije materijala, na primjer, iz izvora ultraljubičastog ili X-zraka, elektronskog snopa, kemijske reakcije, i tako dalje. d. To dovodi do atoma tvari na pobuđenom stanju. S obzirom da je nestabilan, materijal se vraća u prvobitno stanje, a apsorbira energija se oslobađa kao svjetlo i / ili topline. Proces uključuje samo vanjski elektroni. efikasnost luminescence ovisi o stupnju konverzije pobude energije u svjetlo. Broj materijala koji imaju dovoljno performansi za praktičnu upotrebu, je relativno mala.

Luminescentnost i usijanje

luminescence uzbude se ne odnosi na pobude atoma. Kada vruće materijala počne da sija kao rezultat sijalica, njihovi atomi u pobuđenom stanju. Iako su vibriraju čak i na sobnoj temperaturi, dovoljno je da je zračenje dogodila u daleko infracrvena spektralne regije. Sa porastom temperature prebacuje frekvencije elektromagnetskog zračenja u vidljivom području. S druge strane, na vrlo visokim temperaturama koje se stvaraju, na primjer, u šoku cijevi, atomski sudari može biti toliko jaka da elektroni su odvojeni od njih i prekombinuju, emituje svjetlost. U ovom slučaju, luminiscencije i sa žarnom niti se ne mogu razlikovati.

Fluorescentne pigmenata i bojila,

Konvencionalnih pigmenata i bojila imaju boju kao oni odražavaju taj dio spektra koji je komplementaran upija. Jedan manji dio energije se pretvara u toplinu, ali značajan emisija javlja. Ako, međutim, fluorescentna pigment apsorbira svjetlo u rasponu od određenog područja, može emitiraju fotone, za razliku od razmišljanja. Ovo se dešava kao rezultat procesa unutar boja ili pigment molekule, čime ultraljubičasto zračenje se može pretvoriti u vidljivo, na primjer, plavo svjetlo. Takve metode luminescence se koriste u vanjskog oglašavanja i prašaka za pranje. U drugom slučaju, "clarifier" ostaje u tkivu, ne samo da odražavaju bijela, ali i pretvoriti ultraljubičastog zračenja u plava, žuta kompenzacije i povećanje bjeline.

Ranije studije

Iako munja aurora i dosadan sjaj svitaca i gljivice su uvijek bili poznati čovječanstvu, prvih studija luminiscencije počela sa sintetičkim materijalom, kada je Vincenzo Kaskariolo alhemičar i obućar u Bolonji (Italija), 1603. g. Grijani mješavina barij sulfat (barit u obliku, teška Spar) sa ugljem. Prah se dobija nakon hlađenja, noć plavo luminescentnost emituju, a Kaskariolo primijetio da se može vratiti izlažući prah na suncu. Supstanca je pod nazivom "lapis Solaris" ili sunstone, jer alkemičari nadao da je u stanju da uključite osnovnih metala u zlato, simbol koji je sunce. Rumenila je izazvao interes mnogih naučnika perioda, dajući materijala i drugih imena, među kojima su "fosfor", što znači "nosilac svjetlosti".

Danas naziv "fosfor" se koristi samo za kemijski element, dok je mikrokristalna svjetlećim materijala zove fosfor. "Fosfor" Kaskariolo, po svemu sudeći, bio je barij sulfid. Prvi komercijalno dostupna fosfor (1870) postao je "slikati Balmain" - rješenje kalcijuma sulfida. 1866. godine, što je opisano u prva stabilna cink sulfida fosfor u - jedan od najvažnijih u modernoj tehnologiji.

Jedan od prvih naučnih studija luminiscencije, koji se manifestira na truli drva ili meso i svici, izvršena je u 1672 od strane Engleski naučnik Robert Boyle, koji je, iako nije znao o biohemijske porijeklu tom svjetlu, ipak postaviti neke od osnovnih svojstava sjaju sistema:

• Glow hladno;
• može se potisnuti hemijskim agensima kao što su alkohol, solne kiseline i amonijaka;
• zračenja zahtijeva pristup zraka.

U godinama 1885-1887, uočeno je da sirovog ekstrakta od svici West Indian (pyrophorus) i školjki Foladi kada miješa proizvode svjetlost.

Prvi efikasan hemiluminiscentni materijali su bili nebiološkim sintetički spojevi, kao što su luminol, otkrivena 1928. godine.

Hemisorpciji i bioluminiscencija

Većina oslobođene energije u kemijske reakcije, posebno reakcijama oksidacije, ima oblik topline. U nekim reakcijama, ali jedan dio se koristi za uzbuditi elektrone do višim nivoima, i fluo molekula prije hemiluminiscenciji (CL). Studije pokazuju da CL je univerzalni fenomen, ali je intenzitet luminiscencije je toliko mali da zahtijeva korištenje osjetljivih detektora. Postoje, međutim, neki od spojeva koji imaju žive CL. Najpoznatiji od njih je luminola, koji nakon oksidacije, vodikov peroksid može dati snažan plave ili plavo-zeleno svjetlo. Ostale prednosti CL-materija - i lucigenin lofin. Uprkos njihovim svjetline CL, nisu svi od njih su na snazi u pretvaranja kemijske energije u svjetlo, tj. K. Manje od 1% molekula emituju svjetlost. 1960. utvrđeno je da je esteri oksalne kiseline, oksidira u bezvodni otapala, u prisustvu jako fluorescentna aromatična jedinjenja emitiraju jakom svjetlu sa efikasnošću od 23%.

Bioluminescencije je posebna vrsta hemiluminiscencije katalizira enzima. Izlaz luminiscencije ovih reakcija može dostići 100%, što znači da svaka molekula luciferin reagensa ulazi emituju države. Svi poznati danas sjaju reakcija katalizovane oksidacije reakcije javljaju u prisustvu zraka.

termički stimuliranom luminescence

Thermoluminescence znači da nema toplotnog zračenja, ali jačanje svjetlo emisija materijala, elektroni koji se uzbuđuju topline. Termički stimulirana luminescence kod nekih minerala i posebno u kristalno fosfora nakon što su uzbuđen svjetlo.

fotoluminiscencije

Fotoluminescencija koja nastaje pod djelovanjem incident elektromagnetskog zračenja na materijal, može biti u rasponu od vidljive svetlosti kroz ultraljubičastim na rendgen i gama zračenja. U luminescence, izazvane fotoni, talasne dužine emitovane svetlosti je uglavnom jednaka ili veća od talasne dužine uzbudljive (m. E. jednake ili manje energije). Ova razlika u valne duljine uzrokovane transformaciju dolazne energije u vibracije atoma ili iona. Ponekad, sa intenzivnom laserske zrake, emitiranog svjetla mogu imati kraće valne duljine.

Činjenica da je PL može biti uzbuđen ultraljubičastog zračenja, otkrivena je od strane njemačke fizičar Johan Ritter u 1801. On je napomenuo da je fosfor sjaj jarko u nevidljivom području ljubičaste dijela spektra, i na taj način otvorio UV zračenja. Konverzija UV u vidljivo svjetlo od velikog praktičnog značaja.

Gama i x-zrake uzbuditi fosfor, i drugi kristalni materijala do luminiscencije stanje procesom ionizacije praćen rekombinacije elektrona i iona, pri čemu dolazi do luminiscencije. Upotreba je u fluoroskopija koristi u radiologiji, i scintilacioni brojače. Posljednjih rekord i mjeriti gama zračenje usmjereno na disku obložena fosfor, koji je u optičkom kontaktu sa površinom fotomultiplikatorska.

triboluminescence

Kada kristali nekih supstanci, kao što su šećeri, zdrobljenog, vidljivo iskra. Ista je primijećen u mnogim organskih i neorganskih materija. Sve ove vrste luminiscencije stvara pozitivne i negativne električnih naboja. Nedavne proizvedeni mehaničkim odvajanje površinama u procesu kristalizacije. Svjetlo emisije onda se odvija ispuštanjem - ili direktno između polovinama molekula, bilo kroz pobude luminiscencije atmosfere u blizini odvojene površine.

Elektroluminiscencija

Kao thermoluminescence, Elektroluminiscencija (EL), izraz uključuje različite vrste luminiscencije zajednička karakteristika koja se tom svjetlu se emitira kada električna pražnjenja u plinova, tekućina i čvrstih materijala. 1752 Bendzhamin Franklin uspostavio luminiscencije munje izazvane električnog pražnjenja kroz atmosferu. 1860., lampa pražnjenje je prvi put pokazala u Royal Society of London. Ona je napravila jarko bijelo svjetlo s visokom pražnjenja napona kroz ugljen-dioksida na niskim pritiskom. Moderni fluorescentne lampe su zasnovane na kombinaciji Elektroluminiscencija i fotoluminiscencije živa atoma pobuđenih električna pražnjenja lampu, ultraljubičasto zračenje koje emituju ih se pretvara u vidljivo svjetlo preko fosfor.

EL uočeni na elektrodama tijekom elektrolize zbog rekombinacije iona (a time i neka vrsta hemiluminiscencije). Pod utjecajem električnog polja u tankim slojevima svjetlećim cink sulfida emisija svjetlosti dogodi, koji se također naziva Elektroluminiscencija.

Veliki broj materijala emituje luminiscencije pod utjecajem ubrzanog elektrona - dijamant, rubin, kristal fosfora i nekih kompleksa platine soli. Prva praktična primjena cathodoluminescence - Osciloskop (1897). Slična ekrani koriste poboljšane kristalni fosfora se koriste u televizorima, radari, osciloskopi i elektronskih mikroskopa.

radio

Radioaktivnih elemenata može emitovati alfa čestica (helij jezgra), elektrone i gama zraka (visoko-energetski elektromagnetnog zračenja). Zračenje luminescence - sjaj uzbuđeni zbog radioaktivne tvari. Kada alfa čestica bombarduju kristalni fosfor, vidljive pod mikroskopom maleni treperenja. Ovaj princip koristi engleski fizičar Ernest Rutherford, da dokaže da je atom ima centralnu jezgru. Samosvjetleći boja koja se upotrebljava za obilježavanje satove i drugih alata su zasnovani na RL. Oni se sastoje od fosfora i radioaktivne tvari, na primjer tricijum ili radij. Impresivna prirodni luminescence - je aurora borealis: radioaktivnih procesa na suncu emitiraju u svemir ogromne mase elektrona i iona. Kada se približavaju Zemlji, njegove magnetnog polja Zemlje ih upućuje na polovima. Gas-pražnjenja procesa u gornjim slojevima atmosfere i stvoriti poznati aurora.

Luminiscencije: fizika procesa

Emisija vidljive svjetlosti (npr. E. Sa talasnih dužina između 690 nm i 400 nm) pobude zahteva energiju, koja se utvrđuje najmanje Einstein zakona. Energija (E) jednaka je konstanta Plankove (h), pomnožen sa frekvencijom svjetlosti (ν) ili njegova brzina u vakuumu (c), podijeljena sa valne duljine (λ): E = hν = hc / λ.

Dakle, energija potrebna za uzbude se kreće od 40 kilokalorija (za crvenu) do 60 kcal (žute), a 80 kalorija (do ljubičaste) po mol tvari. Drugi način izražavanja energije - u elektron volti (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - 1,8-3,1 eV.

Energija uzbude se prenosi elektrone odgovoran za luminiscencije koji iskaču iz tla na višu. Ovi uslovi su određeni zakonima kvantne mehanike. Razni mehanizmi pobude zavisi od toga da li se javlja u jednoj atoma i molekula, ili u kombinacijama molekula u kristalu. Oni su inicirali akciju ubrzanog čestice, kao što su elektroni, pozitivni ioni ili fotona.

Često, energija pobude je znatno veći nego što je potrebno da se podigne elektron radijaciji. Na primjer, fosfor luminiscencije kristalno televizijskim ekranima, katode elektroni proizvedeni sa srednjom energije od 25.000 volti. Ipak, boje fluorescentne svjetlosti je skoro nezavisan od energije čestica. To je pod uticajem nivou pobuđenom stanju kristala energetskih centara.

fluorescentne svjetiljke

Čestice, zbog čega dolazi do luminiscencije - ovaj vanjski elektroni atoma ili molekula. Fluo lampe, kao što je živa atom je prešao pod utjecajem energije 6,7 eV ili više, podizanje jednog od dva spoljna elektrona na viši nivo. Nakon što je povratak u osnovno stanje razlika u energiji se emitira kao ultraljubičasto zračenje talasne dužine od 185 nm. Prelazak između baze i drugi nivo proizvodi ultraljubičastog zračenja na 254 nm, što zauzvrat, može uzbuditi druge fosfor generiranje vidljivu svjetlost.

Ovo zračenje je posebno intenzivna na niskim pritiskom žive pare (10 ^-5 atmosfera) koji se koristi u ispuštanje plina lampe niskog pritiska. Tako oko 60% elektrona energija se pretvara u jednoličnom UV zračenje.

Pod visokim pritiskom, učestalost povećava. Spectra više ne sastoji od jedne spektralnih linija od 254 nm, a energija zračenja se distribuira iz spektralnih linija koje odgovaraju različitih elektronskih nivoa: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 i 578 nm. Visoki tlak živinih sijalica koriste se za osvjetljenje, jer je vidljivo 405-546 nm plavo-zeleno svjetlo, a pretvarajući dio zračenja u crveno svjetlo pomoću fosfor kao rezultat postaje bela.

Kada molekula gasa su uzbuđeni, njihova luminiscencije spektri pokazuju širok bendova; ne samo elektroni se podiže na više nivoe energije, ali istovremeno uzbuđen vibracioni i rotacionog kretanja atoma u cjelini. To je zato što vibracioni i rotacije energija molekula su 10 ^-2 i 10 ^-4 tranzicije energije, što dodati do definirati mnoštvo neznatno različitih komponenti valnoj duljini jednog benda. Veći molekuli imaju nekoliko trake preklapaju, po jedan za svaku vrstu tranzicije. Zračenja molekula u otopini pogodno vrpčast da uzrokovana interakcijom relativno velikog broja uzbuđen molekula i molekula otapala. U molekuli, kao u atome koji su uključeni u luminiscencije vanjski elektroni molekularnih orbitala.

Fluorescencije i fosforescencije

Ovi uslovi se mogu razlikovati ne samo na osnovu trajanja luminiscencije, već i po svojoj načinu proizvodnje. Kada se elektron uzbuđen na singletno državu sa mandata u njoj 10 ^-8 s, iz kojih se lako može vratiti u zemlju, supstance emituje svoju energiju kao fluorescencije. Tokom tranzicije, spin ne mijenja. Osnovni i uzbuđeni države imaju slične mnoštvo.

Electron, međutim, može podići na viši nivo energije (nazvao "uzbuđen trojka država") sa leđima tretman. U kvantnoj mehanici, prelazi iz trojstvo države na singlet zabranjeno, a samim tim, u vrijeme svog života mnogo više. Prema tome, luminiscencije u ovom slučaju je mnogo više dugoročno: postoji fosforescencije.