Луминисценција: видови, методи, и апликации. Термички стимулирана Луминисценција - Што е тоа?

Луминисценција - е емисија на светлина од страна на одредени материјали во релативно ладна состојба. Таа се разликува од зрачење на блескаво тела, како што гори дрво или јаглен, леано железо и жица загрева со електрична струја. се забележува емисија Луминисценција:

• во неонски и флуоресцентни лампи, телевизори, радарот и fluoroscopes;
• во органски супстанции како што се luminol или луциферин во светулките;
• во одредени пигменти се користи во отворено рекламирање;
• со молња и Аурора.

Во сите овие појави светлосна емисија не е предизвикана од загревање на материјалот над собна температура, па затоа е наречена ладна светлина. Практичната вредност на луминисцентните материјали е нивната способност да се трансформира на невидлива форма на енергија во видливата светлина.

Извори и процес

Луминисценција феномен се јавува како резултат на материјал апсорпција на енергија, на пример, од извор на ултравиолетово или Х-зраци, електрони греди, хемиски реакции, и така натаму. г. Ова резултира со атоми на супстанцијата до возбудена состојба. Бидејќи тоа е нестабилна, материјалот се враќа во неговата оригинална состојба, и се апсорбира енергија се ослободува како светлина и / или топлина. Процесот вклучува само надворешниот електрони. ефикасност Луминисценција зависи од степенот на реализација на побудување енергија во светлина. Бројот на материјали, кои имаат доволно перформанси за практична употреба, е релативно мал.

Луминисценција и нажеженост

Луминисценција побудување не е поврзана со побудување на атоми. Кога е топло материјали почнат да светат како резултат на светилки, нивните атоми се во возбудена состојба. Иако тие вибрираат дури и на собна температура, тоа е доволно за зрачење се случи во далеку инфрацрвена спектрален регионот. Со зголемување на температурата се менува фреквенцијата на електромагнетното зрачење во видливиот регион. Од друга страна, на многу високи температури кои се генерирани, на пример, во шок цевки, атомски судири може да биде толку силна што електроните се одвоени од нив и да се здружат, кои емитуваат светлина. Во овој случај, сјајот и блескаво станат непрепознатливи.

Флуоресцентни пигменти и бои,

Конвенционалните пигменти и бои имаат боја, како тие размислуваат дека дел од спектарот кој е комплементарен апсорбира. Еден мал дел од енергијата се претвора во топлина, но дојде до значителна емисија. Ако, пак, флуоресцентни пигмент апсорбира светлина во опсег од одредена област, тоа може да емитираат фотони, различен од рефлексија. Ова се случува како резултат на процесите во молекулата на боја или пигмент, со што ултравиолетова светлина може да се конвертира во видлива, на пример, сина светлина. Таквите методи Луминисценција се користат во надворешна реклама и во прашок за перење. Во вториот случај, на "clarifier" останува во ткивото не само за да ја одрази на белата боја, но, исто така, да го конвертирате ултравиолетово зрачење во сина, жолта на добиени и подобрување на белина.

почетокот на студии

Иако молња Аурора и досадна сјај на светулките и габи отсекогаш биле познати на човештвото, од првите студии Луминисценција започна со синтетички материјал, кога Винченцо Kaskariolo алхемичар и чевлар во Болоња (Италија), во 1603 g. Загреан мешавина на бариум сулфат (Барите во форма, висока SPAR) со јаглен. На добиени по ладење во прав, ноќ сина Луминисценција емитираат и Kaskariolo забележале дека тој може да се врати со подложување на прав на сончева светлина. Супстанцијата е прогласен за "лапис Соларис" или sunstone, затоа што алхемичарите се надева дека таа е во состојба да го прости метали во злато, симболот на кој е сонцето. Зарево предизвика интересот на многу научници од тој период, давање на материјали и други имиња, вклучувајќи ги и "фосфор", што значи "носител на светлината".

Денес името "фосфор" се користи само за хемиски елемент, додека микрокристална луминисцентните материјал наречен фосфор. "Фосфор" Kaskariolo, очигледно, беше бариум сулфид. Првиот комерцијално достапен фосфор (1870) стана "наслика Balmain" - раствор на калциум сулфид. Во 1866 година, што беше опишано во првиот стабилна цинк сулфид фосфорни на - еден од најважните во модерната технологија.

Еден од првите научни студии на Луминисценција, што се манифестира во гнили дрво или од месо и светулки, беше изведена во 1672 од страна на англискиот научник Роберт Бојл, кој, иако тој не знаел за биохемиски потеклото на оваа светлина, но сепак го поставите на некои од основните својства на bioluminescent системи:

• Сјај ладно;
• тоа може да биде потисната од страна на хемиски агенси, како што се алкохол, хлороводородна киселина и амонијак;
• зрачење бара пристап до воздух.

Во годините 1885-1887, беше забележано дека сурова екстракти од светулки Западот Индискиот (pyrophorus) и школки Foladi кога се меша произведуваат светлина.

Првата ефективна хемилуминисцентен материјали беа nonbiological синтетички соединенија, како што luminol, откриена во 1928 година.

Chemi- и bioluminescence

Поголемиот дел од енергијата што се ослободува во хемиски реакции, особено реакциите на оксидација, има форма на топлина. Во некои реакции, но еден дел се користи за да се возбуди електрони до повисоко ниво, а во флуоресцентни молекули пред хемилуминисценција (КП). Истражувањата покажуваат дека КП е универзален феномен, но интензитетот на Луминисценција е толку мала што бара употреба на чувствителни детектори. Има, меѓутоа, некои од соединенија кои покажуваат живописни КП. Најпознатиот од нив е luminol, кои по оксидација со хидроген пероксид може да доведе до силна сина или сино-зелена светлина. Други предности на CL-супстанции - и lucigenin lofin. И покрај нивната осветленост КП, не сите од нив се ефикасни во конвертирање на хемиската енергија во светлина, односно. К. Помалку од 1% од молекулите емитираат светлина. Во 1960 година е утврдено дека на естри на оксална киселина, оксидира во безводен растворувачи во присуство на високо флуоресцентни ароматични соединенија емитираат светлина со ефикасност од 23%.

Bioluminescence е специјален тип на хемилуминисценција катализирана од ензими. излез на сјајот на овие реакции може да достигне 100%, што значи дека секоја молекула на луциферин реактант влегува емитуваат државата. Сите познати денес биолуминисцентни реакција катализирана оксидација реакции кои се одвиваат во присуство на воздух.

термички стимулирана Луминисценција

Термолуминесцента значи дека нема термална радијација, но зајакнување на лесни материјали емисија, електроните кои се возбудени од топлина. Термички стимулирана Луминисценција забележани во некои минерали и особено во кристално phosphors откако тие биле возбудени од светлина.

photoluminescence

Photoluminescence која се јавува под дејство на електромагнетното зрачење инцидент на материјал, може да се направи во опсег од видлива светлина преку ултравиолетово на х-зраци и гама зрачење. Во сјајот, предизвикани од фотони, бранова должина на светлината емитирана е обично еднаква или поголема од брановата должина на возбудлив (м. Е. еднаква или помала моќност). Оваа разлика во бранова должина предизвикани од трансформацијата на дојдовни енергија во вибрации на атомите или јони. Понекогаш, со интензивна ласерски зрак, емитираат светлина може да имаат пократка бранова должина.

Фактот дека PL може да се возбудуваат од ултравиолетово зрачење, беше откриена од страна на германскиот физичар Јохан Ритер во 1801 година, тој забележал дека phosphors сјај сјајно во невидливиот регионот на виолетова дел од спектарот, а со тоа го отвори УВ зрачење. Конверзија на УВ на видливата светлина е од големо практично значење.

Гама и x-зраци се возбуди phosphors, како и други кристален материјали да ги наведе Луминисценција од страна на процесот јонизација проследено со рекомбинација на електрони и јони, при што се јавува Луминисценција. Употребата на тоа е во флуороскопија користи во радиологија, и scintillation шалтери. Последниот албум и се мери гама зрачење во режија на диск обложени со фосфорни, кој е во оптички контакт со површината на photomultiplier.

triboluminescence

Кога кристали на некои супстанции, како шеќери, кршен, видливи искра. Истото се забележува во многу органски и неоргански материи. Сите овие видови на Луминисценција генерирани од страна на позитивни и негативни електрични полнежи. Последни произведени од страна на површини механичка сепарација во процесот на кристализација. Светлосна емисија потоа се случува со празнење - или директно помеѓу половини на молекулите, или преку побудување на сјајот на атмосферата во близина на одделени површина.

electroluminescence

Како термолуминесцента, electroluminescence (ЕЛ), терминот вклучува различни видови на Луминисценција заедничка карактеристика на кој е дека светлината се емитува кога електрично празнење во гасови, течности и цврсти материјали. Во 1752 година Bendzhamin Френклин воспоставено сјајот на молња индуцирана од електрично празнење низ атмосферата. Во 1860 година, светилка на празнење е прикажано на прво место во Кралското друштво во Лондон. Таа произведува светла бела светлина со висок напон празнење низ јаглерод диоксид на низок притисок. Модерни флуоресцентни лампи се базира на комбинација на electroluminescence и photoluminescence жива атоми возбудени од електрична светилка празнење, ултравиолетово зрачење од нив е претворена во видлива светлина преку фосфор.

EL забележани на електроди во текот на електролиза се должи на рекомбинација на јони (а со тоа и еден вид на хемилуминисценција). Под влијание на електричното поле во тенки слоеви на луминисцентните цинк сулфид емисија на светлина се јавува, кој исто така се нарекува electroluminescence.

Голем број на материјали емитува Луминисценција под влијание на забрзани електрони - дијамант, рубин, кристално фосфор и одредени сложени платина сол. Првиот практичната примена на cathodoluminescence - осцилоскоп (1897). Слични екрани користење подобрена кристален phosphors се користат во телевизии, радари, осцилоскопи и електронски микроскопи.

на радио

Радиоактивни елементи може да емитираат алфа честички (хелиум јадра), електрони и гама зраци (на високо-енергетски електромагнетно зрачење). Зрачење Луминисценција - сјај возбудени од радиоактивната материја. Кога алфа честички бомбардираат кристален фосфор, видливи под микроскоп мали трепкање. Овој принцип користење на англиски физичар Ернест Радерфорд, за да се докаже дека атомот има централно јадро. Авто-прозрачна боја се користи за означување на часовници и други алатки се базирани на РЛ. Тие се состојат од фосфорни и радиоактивната материја, на пример тритиум или радиум. Импресивни природни Луминисценција - е Аурора Бореалис: радиоактивни процеси на сонцето емитираат во вселената огромни маси на електрони и јони. Кога тие се пријде на Земјата, нејзината геомагнетна поле ги режира на столбови. Гас-празнење процеси во горните слоеви на атмосферата и да се создаде познатиот Аурора.

Луминисценција: физика на процесот

Емисија на видлива светлина (на пр. Е. со бранова должина помеѓу 690 nm и 400 nm) побудување бара енергија, која е утврдена од најмалку закон Ајнштајн. Енергија (E) е еднаков на Планковата константа (ж), помножена со фреквенцијата на светлината (ν) или неговата брзина во вакуум (в), поделени од страна на бранова должина (λ): E = hν = HC / λ.

Така, потребни за побудување енергија се движи од 40 килокалории (за црвена) до 60 kcal (за жолто), и 80 калории (виолетова) на мол супстанца. Друг начин на изразување на енергија - во електрон волти (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 ЕГР) - 1,8-3,1 eV.

енергија побудување се пренесува електрони одговорни за Луминисценција кои скокаат од своите ниво на земјата во повисока. Овие услови се утврдени со законите на квантната механика. Различни механизми на побудување зависи од тоа дали тоа се случува во поединечни атоми и молекули, или во комбинација на молекули во кристал. Тие се иницирани од страна на акција на забрзана честички, како што се електроните, позитивни јони или фотони.

Често, енергија побудување е значително повисока отколку што е потребно да се подигне еден електрон на зрачење. На пример, фосфорни Луминисценција кристално телевизиските екрани, катодна електрони произведени со средна енергија од 25.000 волти. Сепак, бојата на флуоресцентни светлина е речиси независно од енергијата на честички. Тоа е под влијание на нивото на возбудена состојба на кристално енергетски центри.

флуоресцентни лампи

На честички, поради што се јавува Луминисценција - ова надворешниот електрони на атоми или молекули. Во флуоресцентни лампи, како што се жива атом е управувано под влијание на енергија 6,7 eV или повеќе, кревање на едно од двете надворешниот електрони за да се повисоко ниво. По нејзиното враќање во земјата држава разликата во енергија се емитува како ултравиолетова светлина со бранова должина од 185 nm. Преминот меѓу основата и на друго ниво произведува ултравиолетово зрачење на 254 nm, кои за возврат, може да се возбуди други фосфорни генерирање на видлива светлина.

Ова зрачење е особено интензивен на живина пареа под низок притисок (10 ^-5 атмосфера) се користат во гас празнење светилки на низок притисок. Така, околу 60% од електрони енергија се претвора во монохроматски УВ светлина.

Висок притисок, фреквенцијата се зголемува. Spectra веќе не се состои од еден спектрална линија од 254 nm, и зрачење енергија се дистрибуира од спектралните линии кои одговараат на различни електронски нивоа: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 и 578 nm. жива светилки со висок притисок се користи за осветлување, бидејќи видливото 405-546 nm сино-зелена светлина, додека трансформирање дел од радијација во црвено светло користење на фосфорни како резултат станува бел.

Кога гас молекули се возбудени, нивните спектри Луминисценција покаже широк бендови; не само што електроните се издигнат на повисоко ниво на енергија, но истовремено возбудени vibrational и ротациона движење на атомите во целина. Тоа е затоа што vibrational и ротациона енергија на молекулите се 10 и 10 ^{-4 -2} на енергиите на транзиција, кој додаде до дефинира множество на малку различни компоненти бранова должина од еден бенд. На поголем молекулите имаат неколку преклопуваат ленти, по еден за секој тип на транзиција. Зрачење молекули во поповолно решение ribbonlike предизвикано од интеракцијата на релативно голем број на возбудени молекули и молекулите на растворувачот. Во молекули, како и во атоми кои се вклучени во Луминисценција надворешниот електрони на молекулски орбитали.

Флуоресценција и фосфоресцентност

Овие услови можат да се разликуваат не само врз основа на времетраењето на сјајот, но, исто така, од страна на неговиот метод на производство. Кога еден електрон е возбуден на молекуларниот држава со мандат во него 10 ^-8 s, од кои лесно може да се врати на теренот, супстанцијата емитува својата енергија како флуоресценција. За време на транзицијата, спин не се менува. Основни и возбудени држави имаат слични мноштвото.

Електрони, сепак, може да се подигне на повисоко ниво на енергија (наречен "возбудени тројка држава") со грбот третман. Во квантната механика, транзиции од државата тројка на молекуларниот забрането, и според тоа, за време на нивниот живот многу повеќе. Затоа, Луминисценција во овој случај е многу долг рок: постои фосфоресцентност.