Luminesans: kalite, metòd, ak aplikasyon pou. Tèrmik stimulé luminesans - ki sa ki sa a?

Luminesans se emisyon an nan limyè pa sèten materyèl nan yon eta relativman frèt. Li diferan de radyasyon an nan kò cho, pou egzanp boule bwa oswa chabon, fè an fè ak fil, chofe pa aktyèl elektrik. Emisyon nan luminesans yo obsève:

• Nan lanp ak lanp fluorescent, televizyon, rada ak ekran nan fluoroscope;
• Nan sibstans ki sou òganik, tankou luminol oswa luciferin nan lusyol;
• Nan kèk pigman yo itilize nan piblisite deyò;
• Avèk zèklè ak Aurora borealis.

Nan tout fenomèn sa yo, limyè radyasyon se pa rezilta nan chofaj materyèl la anwo tanperati chanm, se konsa li rele limyè frèt. Valè a pratik nan materyèl sa yo luminesant se kapasite yo nan transfòme fòm lan envizib nan enèji nan limyè vizib.

Sous ak pwosesis

Fenomèn nan luminesans rive kòm yon rezilta nan absòpsyon nan enèji pa materyèl la, pou egzanp, ki soti nan yon sous radyasyon iltravyolè oswa radyografi, travès elèktron, reyaksyon chimik, elatriye. Sa a kondwi atòm yo nan matyè nan yon eta eksite. Depi li se enstab, materyèl la retounen nan eta orijinal li, ak enèji absòbe a lage nan fòm lan nan limyè ak / oswa chalè. Se sèlman elektwon ekstèn ki patisipe nan pwosesis la. Efikasite nan luminesans depann sou degre nan konvèsyon nan enèji eksitasyon nan limyè. Kantite materyèl ak efikasite ase pou itilizasyon pratik se relativman ti.

Luminesans ak enkandans

Eksitasyon an nan luminesans se pa akòz eksitasyon an nan atòm. Lè materyèl cho kòmanse limen kòm yon rezilta nan enkandansi, atòm yo nan yon eta eksite. Malgre ke yo vibre deja nan tanperati chanm, sa a se ase ke radyasyon an rive nan rejyon an lwen enfrawouj nan spectre an. Avèk ogmante tanperati a, frekans elektwomayetik radyasyon yo chanje nan rejyon an vizib. Nan lòt men an, nan tanperati ki wo anpil, ki te kreye, pou egzanp, nan tib chòk, kolizyon nan atòm yo ka tèlman fò ke elektwon yo separe de yo ak reyaksyon, emisyon limyè. Nan ka sa a, luminesans ak incandescence vin konfonn.

Pigman fluoresan ak koloran

Pigman konvansyonèl ak koloran gen koulè, depi yo reflete pati sa a nan spectre a ki konplemantè nan absòbe la. Yon ti pati nan enèji a konvèti nan chalè, men pa gen okenn radyasyon aparan rive. Si, sepandan, pigman an luminesant absòbe lajounen nan yon pòsyon sèten nan spectre an, li ka emèt foton ki diferan de sa yo reflete. Sa a rive kòm yon rezilta nan pwosesis andedan molekil la lank oswa pigman, akòz ki iltravyolèt la ka konvèti nan vizib, pou egzanp, limyè ble. Metòd sa yo nan luminesans yo te itilize nan piblisite deyò ak nan lave poud. Nan dènye lèt la, "klarifyeur la" rete nan tisi a pa sèlman nan reflete blan, men tou, konvèti radyasyon an iltravyolèt nan ble, konpansasyon pou blanchi la jòn ak amelyore.

Bonè rechèch

Malgre zèklè, limyè ki nan zòn nò yo ak lumière a dim nan lusyèn ak dyondyon te toujou li te ye nan limanite, syans yo an premye nan luminesans te kòmanse ak materyèl sentetik, lè nan 1603 Vincenzo Cascariolo, yon alchmiz ak piki soti nan Bolòy (Itali), chofe yon melanj de sulfat baryòm (barit, Lou Spar) ak chabon. Poud jwenn apre refwadisman, nan mitan lannwit emèt yon lumière ble, ak Cascariolo remake ke li kapab retabli pa ekspoze poud lan nan limyè solèy la. Te sibstans la rele "lapis solaris", oswa yon solèy kouche, paske alchimist yo te espere ke li ta ka vire metal an lò, senbòl la nan ki se solèy la. Apwè midi a eksite enterè a nan anpil syantis nan peryòd la ki te bay materyèl la ak lòt non, ki gen ladan "fosfò", ki vle di "konpayi asirans nan limyè".

Jodi a se non "fosfò a" itilize sèlman pou yon eleman chimik, pandan y ap rele materyèl luminesant mikrokristalin yo rele yon fosfò. "Fosfò" Cascario, aparamman, te baryè sulfure. Premye komèsyal ki disponib fosfò a (1870) se te "penti Balmain a" - yon solisyon nan sulfure kalsyòm. Nan 1866, yo te premye fosfò ki estab soti nan zenk sulfide dekri - youn nan pi enpòtan an nan teknoloji modèn.

Youn nan syans premye syantifik nan luminesans, te manifeste nan pouri anba tè a nan bwa oswa vyann ak lusyol, te fèt nan 1672 pa syantis angle Robert Boyle a, ki moun ki, byenke li pa t 'konnen sou orijin nan byochimik nan limyè sa a, men etabli kèk nan pwopriyete debaz yo nan sistèm bioluminescent:

• Lumière a frèt;
• Li ka siprime pa ajan chimik tankou alkòl, asid idroklorik ak amonyak;
• Radyasyon mande pou aksè a lè.

Nan 1885-1887 li te obsève ke ekstrè bit yo jwenn nan lonj West-Endyen (flak dife-pwa dife) ak soti nan mollusks nan folad, lè melanje, pwodwi limyè.

Premye materyèl chimiliminesan efikas yo ki pa-byolojik konpoze sentetik, tankou luminol, dekouvri nan 1928.

Chemi- ak bioluminesans

Pifò nan enèji ki lage nan reyaksyon chimik, espesyalman reyaksyon oksidasyon, gen fòm lan nan chalè. Nan kèk reyaksyon, sepandan, yon pati nan li yo itilize eksite elektwon nan pi wo nivo, ak nan molekil fluoresan anvan aparisyon nan chemilominesans (CL). Etid yo montre ke CL se yon fenomèn inivèsèl, byenke entansite a nan luminesans se konsa ti ke li mande pou itilize nan detektè sansib. Gen, sepandan, kèk konpoze ki demontre yon klere CL. Ki pi popilè nan sa yo se luminol, ki, lè oksidasyon ak oksijene idwojèn, ka pwodwi fò limyè ble oswa ble-vèt. Lòt fò CL-sibstans ki sou yo se lucigenin ak lofin. Malgre klere nan CL yo, se pa tout nan yo ki efikas nan konvèti enèji chimik nan limyè, depi mwens pase 1% nan molekil emèt limyè. Nan ane 1960 yo li te jwenn sa Estè asid oksalik oksidize nan Solvang anidrit nan prezans solid konpoze likid fluoresan emèt klere limyè ak yon efikasite ki rive jiska 23%.

Bioluminesans se yon kalite espesyal nan CL katalize pa anzim yo. Sede nan luminesans nan reyaksyon sa yo ka rive jwenn 100%, ki vle di ke chak molekil nan luciferin nan reyaji pase nan yon eta radiating. Tout reyaksyon bioluminesans li te ye jounen jodi a yo pa ankouraje reyaksyon oksidasyon ap pran plas nan prezans lè a.

Thermally ankouraje luminesans

Thermoluminesans vle di pa radyasyon tèmik, men anplifikasyon nan emisyon limyè a nan materyèl ki gen elektwon eksite pa chalè. Thermally ankouraje luminesans yo obsève nan kèk mineral, epi sitou nan kristalfosfò apre yo te eksite nan limyè.

Photoluminesans

Photoluminesans, ki fèt anba enfliyans nan ensidan radyasyon elektwomayetik sou sibstans lan, yo ka te pote soti nan ranje a soti nan limyè vizib nan iltravyolèt X-ray ak radyasyon gama. Nan luminesans ki te koze pa foton, longè a nan limyè a emèt se, tankou yon règ, egal a oswa pi gran pase longèdonn a nan enteresan an (sa vle di egal a oswa mwens enèji). Diferans sa a nan longèdonn se akòz transfòmasyon nan enèji fèk ap rantre an vibration nan atòm oswa iyon. Pafwa, ak ekspoze entans nan yon gwo bout bwa lazè, limyè a emèt ka gen yon pi kout longèdonn.

Lefèt ke PL ka eksite pa radyasyon iltravyolèt te dekouvwi pa Alman fizisyen an Johann Ritter nan 1801. Li remake ke fosfò yo klere limine nan rejyon an envizib dèyè pati nan vyolèt nan spectre an, epi konsa dekouvri radyasyon an UV. Transfòmasyon UV nan limyè vizib se gwo enpòtans pratik.

Gama ak radyografi motive luminofor, ak lòt materyèl cristalline nan eta a luminesans nan pwosesis yonizasyon ki te swiv pa rekonbinezon nan elektwon ak iyon, annakò ak sa luminesans rive. Li jwenn itilize nan fluoroscope yo itilize nan X-ray dyagnostik ak nan kontè scintillation. Lèt la detekte ak mezi radyasyon gama ki dirije nan yon disk kouvwi ak yon fosfò ki nan kontak optik ak sifas la nan fotomultiplier la.

Triboluminesans

Lè kristal nan kèk sibstans, pou egzanp sik, yo kraze, etensèl yo vizib. Menm bagay la tou obsève nan anpil sibstans ki sou òganik ak inòganik. Tout kalite luminesans sa yo pwodwi pa chaj pozitif ak negatif elektrik. Lèt la yo te pwodwi pa separasyon mekanik nan sifas yo ak nan pwosesis la nan kristalizasyon. Limyè radyasyon Lè sa a, fèt pa yon egzeyat - swa dirèkteman, ant fragman nan molekil, oswa nan eksitasyon nan luminesans nan atmosfè a tou pre sifas la separe.

Electroluminescence

Tankou thermoluminescence, elèktroluminesans la (EL) gen ladan diferan kalite luminesans, karakteristik komen nan ki se ke limyè ki emi pa egzeyat elektrik nan gaz, likid ak solid. Nan 1752, Benjamin Franklin te etabli luminesans nan zèklè, ki te koze pa yon egzeyat elektrik nan atmosfè a. Nan 1860, yo te demontre yon lanp lanchas pou premye fwa nan sosyete Royal nan Lond. Li pwodwi klere limyè blan lè te vòltaj segondè nan gaz kabonik nan presyon ba. Modèn lanp fliyoresan yo baze sou yon konbinezon de electroluminescence ak photoluminescence: atòm mèki nan yon lanp yo eksite pa yon egzeyat elektrik, radyasyon an iltravyolèt emèt pa yo konvèti nan limyè vizib pa vle di nan yon fosfò.

EL obsève nan elektwòd pandan electrolysis se akòz reyonbasyon ion (kon sa, li se yon kalite chemiluminesans). Anba enfliyans nan yon jaden elektrik nan kouch limyè nan sulfur zenk luminesant, limyè ki emèt, ki se yo te rele tou electroluminescence.

Yon gwo kantite materyèl emèt enkli anba enfliyans nan akselere elektwon - dyaman, Ruby, fosfò cristalline ak kèk konplèks sèl platinum. Premye aplikasyon pratik nan kathodoluminesans se osiloskop la (1897). Menm jan ekran ki itilize amelyore fosfò cristalline yo te itilize nan televizyon, rada, osiloskop ak mikwoskòp elèktron.

Radioluminesans

Eleman radyoaktif ka emèt patikil alfa (nwayo elyòm), elektwon ak reyon gama (elektwo-enèji elektwomayetik wo-enèji). Luminesans radyasyon se yon luminesans ki eksite pa yon sibstans radyo-aktif. Lè patikil alfa yo bonbade ak fosfò cristalline, ti flickering wè anba mikwoskòp la. Prensip sa a lè l sèvi avèk angle fizisyen Ernest Rutherford, a pwouve ke atòm an gen yon nwayo santral la. Penti abazde pwòp tèt ou-lumineux, ki itilize pou montaj mont ak lòt enstriman, opere sou baz rada. Yo konpoze de yon fosfò ak yon sibstans radyo-aktif, pou egzanp tritium oswa radium. Luminesans enpresyonan natirèl se limyè nan zòn nò yo: pwosesis radyo-aktif sou Solèy la jete mas gwo elektwon ak iyon nan espas la. Lè yo apwoche Latè a, jaden jeyometetik li yo dirije yo nan poto yo. Pwosesis gaz-egzeyat nan kouch anwo yo nan atmosfè a kreye pi popilè limyè polè yo.

Luminesans: fizik la nan pwosesis la

Emisyon an nan limyè vizib (sètadi, ak longèdonn ant 690 nm ak 400 nm) mande pou yon enèji eksitasyon, minimòm nan ki se detèmine pa lwa Einstein a. Enèji a (E) egal ak Planck konstan (h) miltipliye pa frekans limyè (ν) oswa pa vitès li yo nan vakyòm (yo) divize pa longèdonn (λ): E = hn = hc / λ.

Se konsa, enèji ki nesesè pou chanjman eksitasyon soti nan 40 kilokalori (pou wouj) a 60 kilokalori (pou jòn) ak 80 kilokalori (pou vyolèt) pou chak mol nan sibstans. Yon lòt fason pou eksprime enèji - nan vòlt elèktron (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - soti nan 1.8 3.1 eV.

Se enèji nan eksitasyon transfere nan elektwon ki responsab pou luminesans, ki sote soti nan nivo enèji debaz yo nan yon pi wo. Eta sa yo detèmine pa lwa yo nan mekanik pwopòsyon. Mekanism diferan nan eksitasyon depann sou si li rive nan atòm sèl ak molekil, nan konbinezon nan molekil oswa nan yon kristal. Yo inisye pa aksyon an nan patikil akselere, tankou elektwon, iyon pozitif oswa foton.

Souvan enèji nan eksitasyon se pi wo pase nesesè yo ogmante elektwon a nan nivo a nan radyasyon. Pou egzanp, lumineux nan kristal fosfò nan televizyon ekran ki te pwodwi pa elektwon katòn ak enèji mwayèn nan 25,000 vòltè elèktron. Men, koulè a nan limyè fluorescent se prèske endepandan de enèji nan patikil yo. Li afekte pa nivo nan eta a eksite nan enèji nan sant sa yo cristalline.

Lanp fliyoresan

Patikil yo, akòz ki luminesans rive, se ekstrèm ekstèn yo nan atòm oswa molekil. Nan lanp fliyoresan, pou egzanp, yon atòm mèki eksite anba enfliyans nan enèji 6.7 eV oswa plis, ogmante youn nan de elektwon yo ekstèn nan yon nivo ki pi wo. Apre retounen li nan eta a tè, diferans lan nan enèji se emi nan fòm lan nan limyè iltravyolèt ak yon longèdonn nan 185 nm. tranzisyon ki genyen ant baz la ak yon lòt nivo pwodui iltravyolèt radyasyon an 254 NM, ki an vire, ka motive lòt fosfò génération limyè vizib.

radyasyon Sa se patikilyèman entans nan presyon ki ba mèki vapè (10 ^-5 atmosfè) yo itilize nan lanp egzeyat gaz nan presyon ki ba. Se konsa, se sou 60% nan enèji elèktron konvèti nan yon limyè UV monokrom.

Nan gwo pwesyon, ogmantasyon frekans lan. Spèktra a pa konpoze de yon liy espektal sèl nan 254 nm, epi se enèji radyasyon distribye sou liy espektak ki koresponn ak diferan nivo elektwonik: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 ak 578 nm. High-presyon mèki anpoul yo te itilize pou ekleraj, depi 405-546 nm koresponn ak limyè a vizib ble-vèt, epi lè yon pati nan radyasyon an transfòme nan limyè wouj avèk èd nan yon fosfò, rezilta a se blan.

Lè molekil gaz yo eksite, spectre luminesans yo montre bann laj; Se pa sèlman elektwon ki monte pi wo nivo enèji, men an menm tan an mouvman vibration ak wotasyon nan atòm an jeneral yo eksite. Sa a se paske Vibration ak wotasyon enèji nan molekil sa yo yo se 10 ^-2 ak 10 ^-4 nan enèji yo tranzisyon, ki ajoute jiska defini yon plusieurs nan eleman longèdonn yon ti kras diferan nan yon bann sèl. Nan pi gwo molekil, gen plizyè Gwoup sipèpoze, youn pou chak kalite tranzisyon. Radyasyon molekil nan solisyon an se majorite riban tankou, ki se koze pa entèraksyon an nan yon kantite relativman gwo molekil eksite ak molekil sòlvan. Nan molekil, tankou nan atòm, elektwon ekstèn òbit molekilè patisipe nan luminesans.

Fluoresans ak phosphoresans

Tèm sa yo ka distenge pa sèlman ki baze sou dire a nan luminesans, men tou, pa metòd li yo nan pwodiksyon an. Lè yon elèktron eksite nan yon eta mayo ak fason ladan l '10 ^-8 la, ki soti nan ki li ka byen fasil retounen nan tè a, sibstans la emèt enèji li yo menm jan fluoresans. Pandan tranzisyon an, vire a pa chanje. Debaz ak eksite eta gen yon miltiplikasyon menm jan an.

Elektwon, sepandan, yo ka leve soti vivan nan yon pi wo nivo enèji (yo rele "yon triplèt eta eksite") ak tretman do l '. Nan pwopòsyon mekanik, tranzisyon yo soti nan eta a ki triplèt mayo a entèdi, ak Se poutèt sa, tan an nan lavi yo plis ankò. Se poutèt sa, luminesans a nan ka sa a se pi plis ki dire lontan: gen fosforesans.