Luminesko: tipoj, metodoj kaj aplikoj. Termike Stimulita luminesko - kio estas tio?

Luminesko - estas la emisión de lumo de certaj materialoj en relative malvarma stato. Ĝi diferencas de la radiado de inkandeska korpoj, kiel brulanta ligno aŭ karbo, fanditan feron kaj drato, forte hejtita de elektra fluo. luminesko emisión estas observita:

• en neono kaj fluoreskaj lampoj, televidoj, ekranoj de radaro kaj fluoroscopes;
• en organikaj substancoj kiel ekzemple luminol aŭ Luciferino en lampiroj;
• en iuj pigmentoj uzitaj en subĉiela reklamado;
• kun fulmo kaj aŭroro.

En ĉiuj ĉi tiuj fenomenoj lumo emisión ne estas kaŭzita de varmigante la materialon supre temperaturo medio, tiel ĝi estas nomata malvarma lumo. La praktika valoro de la lumanta materialoj estas ilia kapablo transformi la nevidebla formo de energio en videbla lumo.

Fontoj kaj procezo

luminesko fenomeno okazas kiel rezulto de absorción de energio materialo, ekzemple, de fonto de transviola aŭ X-radioj, elektrono traboj, kemiaj reagoj, kaj tiel plu. d. Ĉi tiuj rezultoj en la substanco atomoj al ekscitita stato. Ekde ĝi estas malstabila, la materialo revenas al sia originala stato, kaj la absorbita energio estas liberigita kiel lumon kaj / aŭ varmego. La procezo engaĝas nur la ekstera elektronoj. luminesko efikeco dependas de la grado de konvertiĝo de ekscito energio en lumon. La nombro de materialoj kiuj havas sufiĉan rendimenton por praktika uzo, estas relative malgranda.

Luminesko kaj incandescencia

luminesko ekscito ne estas rilatigita kun la ekscito de atomoj. Kiam varma materialoj komencas ardi rezulte de bulboj, iliaj atomoj estas en ekscitita stato. Kvankam ili vibras eĉ ĉe ĉambra temperaturo, sufiĉas ke la radiado okazis en la malproksima infraruĝa spektra regiono. Kun kreskanta temperaturo ŝanĝas la ofteco de elektromagneta radiado en la videbla regiono. Aliflanke, ĉe tre altaj temperaturoj kiuj formiĝas, ekzemple, en ŝoko tubojn, atoma kolizioj povas esti tiel forta, ke la elektronoj estas disigita de ili kaj rekombinas, elsendante lumon. En ĉi tiu kazo, luminesko kaj inkandeska fariĝis nedistingeblaj.

Fluoreska pigmentoj kaj vi tinkturas,

Konvencia pigmentoj kaj vi tinkturas havas koloron kiel ili reflektas tiun parton de la spektro kiu estas komplementa absorbita. Malgranda parto de la energio estas konvertita en varmego, sed signifa emisión okazas. Se, tamen, la fluoreska pigmento sorbas lumon en la gamo de aparta areo, ĝi povas elsendi fotonojn, malsama konsidero. Tiu okazas kiel rezulto de procezoj ene de la tinkturo aŭ kolorigaĵo molekulo, per kiu transviola lumo povas esti transformita en videbla, ekzemple, blua lumo. Tia luminesko metodoj estas uzataj en subĉiela reklamado kaj lavante pulvoroj. En la lasta kazo, la "clarificador" restas en la histo ne nur pripensi la blanka, sed ankaŭ por konverti transviola radiado en blua, flava de kompensante kaj pliboniganta blankeco.

fruaj studoj

Kvankam fulmo aŭroro kaj obtuza ardo de lampiroj kaj fungoj ĉiam konata de la homaro, la unua luminesko studoj komencis kun la sinteza materialo, kiam Vincenzo Kaskariolo alkemiisto kaj ŝuisto de Bolonia (Italio), en 1603 g. Hejtita miksaĵo de bario sulfato (Barite en la formo, peza rondfosto) kun karbo. La pulvoro akiris post malvarmigo, nokte blua luminesko elsendita kaj Kaskariolo rimarkis ke ĝi povas esti reestigita fare submetante la pulvoro al sunlumo. La substanco estis nomita "lapis solaris" aŭ Sunstone, ĉar alĥemiistoj esperis ke ĝi povas turni bazo metaloj en oro, la simbolo de kiu estas la suno. Afterglow kaŭzis la intereson de multaj sciencistoj de la periodo, donante materialoj kaj aliaj nomoj, inkluzive de "fosforo", kio signifas "portanto de lumo".

Hodiaŭ la nomo "fosforo" estas uzata nur por la kemia elemento, dum la microcristalino lumanta materialo nomiĝas fosforo. "Fosforo" Kaskariolo, ŝajne, estis bario sulfuro. La unua komerce havebla fosforo (1870) fariĝis "pentri Balmain" - solvo de kalcio sulfuro. En 1866, ĝi estis priskribita en la unua stalo zinko sulfuro fosforo de - unu el la plej grava en la moderna teknologio.

Unu el la unuaj sciencaj studoj de la luminesko, kiu estas elmontrita en putra ligno aŭ karno kaj lampiroj, estis farita en 1672 fare de la angla sciencisto Robert Boyle, kiu, kvankam li ne sciis pri la biokemio origino de ĉi tiu lumo, tamen metis iom el la bazaj propraĵoj de biolumineskaj sistemoj:

• Glow malvarma;
• ĝi povas esti subpremita de kemiaj agentoj kiel ekzemple alkoholo, acida clorhídrico kaj amoníaco;
• radiado postulas aliro al la aero.

En la jaroj 1885-1887, ĝi observis ke kruda eltiraĵoj el lampiroj kariba (pyrophorus) kaj mitulo Foladi kiam miksita produkto lumo.

La unua efika chemiluminescent materialoj estis ne biologia sinteza komponaĵoj kiel luminol, malkovrita en 1928 jaro.

Chemi- kaj Lumantaj bestoj

La plejparto de la energio liberigita en la kemiaj reagoj, aparte oksidigo reagoj, ĝi havas la formon de varmeco. En iuj reagoj, sed parto uzata por eksciti elektronojn ĝis pli altaj niveloj, kaj en fluoreskaj molekuloj antaŭ la chemiluminescence (CL). Studoj montras ke CL estas universala fenomeno, sed la luminesko intenso estas tiel malgranda, ke ĝi postulas la uzon de sentema detektilojn. Ekzistas, tamen, kelkaj el la komponaĵoj kiuj montras viglan CL. La plej konata de tiuj estas luminol, kiu sur oxidación kun hidrogeno peróxido povas donos fortan blua aŭ bluverda lumo. Aliaj fortaj punktoj de CL-substancoj - kaj lucigenin lofin. Malgraŭ ilia brilo cl, ne ĉiuj el ili estas efikaj ĉe konvertanta kemian energion en lumo, te. K. Malpli ol 1% de la molekuloj elsendas lumon. En la 1960-aj jaroj oni trovis, ke la esteroj de acida oxálico, oksidiĝas en anhidra solviloj en ĉeesto de tre fluoreska komponaĵoj aromáticos elsendas brilan lumon kun efikeco de 23%.

Lumantaj bestoj estas speciala tipo de chemiluminescence katalizita de enzimoj. La luminesko produktadon de ĉi tiuj reagoj povas atingi 100%, kio signifas, ke ĉiu molekulo de Luciferino reactivo eniras elsendante stato. Ĉiuj konataj hodiaŭ biolumineskaj reago katalizita oksidigo reagoj okazantaj en la ĉeesto de aero.

termike Stimulita luminesko

Termoluminiscencia signifas neniu termika radiado sed fortigi la lumo emisión materialoj, la elektronoj kiuj estas ekscitita de varmego. Termike stimulis luminesko observita en iuj mineraloj kaj speciale en kristalo phosphors post kiam oni ekscitita de lumo.

photoluminescence

Photoluminescence kio okazas sub la ago de elektromagneta radiado incidento sur la materialo, povas esti farita en la rango de videbla lumo tra la transviola al radiografaĵo kaj gama radiado. En luminesko, induktita de fotonoj, ondolongo de elsendita lumo estas ĝenerale egala al aŭ pli granda ol la ondolongo de la ekscita (m. E. Egala al aŭ malpli potenco). Tiu diferenco en ondolongo kaŭzitaj de la transformo de la alvenanta energio en vibrojn de atomoj aŭ jonoj. Kelkfoje, kun intensivaj laseron trabon, elsendita lumo povas havi pli mallongan ondolongo.

La fakto ke la PL eblas ekscitita de transviola radiado, estis malkovrita de la germana fizikisto Johann Ritter en 1801, li rimarkis ke la phosphors ardi hele en la nevidebla regiono de la purpura parto de la spektro, kaj tiel malfermis la UV radiado. La konvertiĝo de UV al videbla lumo estas de granda praktika graveco.

Gamma kaj x-radioj eksciti phosphors, kaj aliaj kristalaj materialoj al la luminesko stato de ionización procezo sekvita de rekombino de elektronoj kaj jonoj, per luminesko okazas. La uzo de tio estas en fluoroscopy uzita en radiologio kaj scintillation nombriloj. La lasta disko kaj mezuri la radiado gamma direktitaj sur disko tegita kun fosforo, kiu estas en optika kontakton kun la surfaco de la photomultiplier.

triboluminescence

Kiam la kristaloj de iuj substancoj, kiel ekzemple sukeroj, Kanon, videbla fajrero. La sama estas observita en multaj organikaj kaj neorganikaj substancoj. Ĉiuj ĉi tiuj tipoj de luminesko generita per la pozitivaj kaj negativaj elektraj ŝargoj. Lastaj produktitaj de mekanikaj apartiga surfacoj en la cristalización procezo. Lumo emisión tiam okazas per eliganta - ĉu rekte inter la moieties de la molekuloj, aŭ tra ekscito de luminesko de la atmosfero apud la apartigita surfaco.

electroluminescence

Kiel termoluminiscencia, electroluminescence (EL), la termino inkludas diversajn tipojn de luminesko komuna trajto de kiu estas tiu lumo estas elsendita kiam elektra malŝarĝo en gasoj, likvaj kaj solidaj materialoj. En 1752 Bendzhamin Franklin establis la luminesko de fulmo-induktita elektra malŝarĝo tra la atmosfero. En 1860, la malŝarĝo lampo estis unue pruvis en la Reĝa Societo de Londono. Ŝi produktis brilan blankan lumon kun alta tensio malŝarĝo tra la karbona dioksido je malalta premo. Moderna fluoreskaj lampoj estas bazitaj sur kombinaĵo de electroluminescence kaj photoluminescence hidrargo atomoj ekscitita de elektra malŝarĝo lampo, la transviola radiado elsendita de ili estas konvertita en videbla lumo per la fosforo.

EL observita ĉe la elektrodoj dum elektrolizo pro rekombino de jonoj (kaj tiel ia chemiluminescence). Sub la influo de la elektra kampo en la maldikaj tavoloj de lumanta zinko sulfuro emisión de lumo okazas, kiu estas ankaŭ nomata kiel electroluminescence.

Granda nombro da materialoj elsendas luminesko sub la influo de elektronoj akcelitaj - diamanto, rubeno, kristalo fosforo kaj iuj kompleksaj plateno salo. La unua praktika aplikado de cathodoluminescence - osciloscopio (1897). Similaj ekranoj uzante plibonigita kristala phosphors estas uzataj en televidoj, radaroj, osciloscopios kaj elektronikaj mikroskopoj.

de radioaparato

Radioaktiva elementoj povas elsendi eroj alfa (heliumo nukleoj), elektronoj kaj gamaradioj (alta energio elektromagneta radiado). Radiado luminesko - a ardo ekscitita de la radioaktiva substanco. Kiam alfa partiklo bombardi kristala fosforo, videbla sub la mikroskopo eta ekflagro. Tiu principo uzante angla fizikisto Ernest Rutherford, por pruvi ke la atomo havas centran kernon. Mem-luma farbo uzita por marki horloĝoj kaj aliaj iloj baziĝas sur la RL. Ili konsistas el la fosforo kaj la radioaktiva substanco, ekzemple tritio aŭ radiumo. Impresa natura luminesko - estas la boreala aŭroro: radioaktiva procezoj sur la suno elsendas en la spacon grandegaj amasoj de elektronoj kaj jonoj. Kiam alproksimigas la Tero, lia geomagnéticos kampo direktas ilin al la polusoj. Gas-elfluon procezoj en la supraj tavoloj de la atmosfero kaj krei fama aŭroro.

Luminesko: fiziko de la procezo

Emisión de videbla lumo (te. E. Kun ondolongoj inter 690 nm kaj 400 nm) ekscito postulas energion, kio estas difinita almenaŭ Einstein leĝo. Energio (E) estas egala al la konstanta de Planck (h), multiplikita per la frekvenco de la lumo (ν) aŭ ĝia rapido en vakuo (c), dividita de la longitudo de ondo (λ): E = hν = hc / λ.

Tiel, la energio necesa por la ekscito etendiĝas de 40 kilocalorías (por ruĝa) por 60 kcal (por flava), kaj 80 kalorioj (por purpura) po mol de substanco. Alia maniero esprimi energio - en elektrono voltoj (1 eV = 1.6 × 10 ^-12 erg) - de 1,8 al 3,1 eV.

La ekscito energio transdonita al elektronoj respondecas pri la luminesko kiu saltas de lia grundonivelo al pli alta unu. Ĉi tiuj kondiĉoj estas determinitaj de la leĝoj de kvantummekaniko. Diversaj mekanismoj de ekscito dependas ĉu ĝi okazas en ununura atomoj kaj molekuloj, aŭ en kombinaĵoj de molekuloj en la kristalo. Ili estas komencita de la ago de akcelita partikloj, ekzemple elektronoj, pozitivaj jonoj aŭ fotonoj.

Ofte, la ekscito energio estas signife pli alta ol postulis levi elektronon al radiado. Ekzemple, fosforo luminesko kristalo ekranoj de televido, katodo elektronoj produktitaj kun meznombro energiojn de 25.000 voltoj. Tamen, la koloro de fluoreska lumo estas preskaŭ sendependa de la partiklo energio. Estas influita de la nivelo de la ekscitita stato de la kristalo energio centroj.

fluoreskaj lampoj

La partikloj, pro kio luminesko okazas - tio eksteraj elektronoj de atomoj aŭ molekuloj. En fluoreskaj lampoj, kiel ekzemple hidrargo atomo estas pelita sub la influo de energio 6,7 eV aŭ pli, levante unu el la du eksteraj elektronoj al pli alta nivelo. Post lia reveno al la tera stato la diferenco en energio estas elsendita kiel transviola lumo kun ondolongo de 185 nm. La transiro inter la bazo kaj alia nivelo produktas transviola radiado ĉe 254 nm, kiu siavice, povas eksciti aliaj fosforo generanta videbla lumo.

Tiu radiado estas aparte intensa je malalta premo hidrargo vaporo (10 ^-5 atmosfero) uzita en emisión de gasoj lampoj de malalta premo. Tiel ĉirkaŭ 60% de elektrona energio estas konvertita en la monokromata UV lumo.

Je alta premo, la frekvenco pliigas. Spectra ne konsistas el unu spektra linio de 254 nm, kaj la radiado de energio estas distribuita de la spektraj linioj respondas al malsamaj elektronikaj niveloj: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 kaj 578 nm. Alta premo hidrargo lampoj estas uzataj por lumigado, ĉar la videbla 405-546 nm bluverda lumo, dum transformante parton de la radiado en la ruĝa lumo uzante fosforo rezulte turnas blanka.

Kiam gaso molekuloj estas ekscitita, iliaj luminesko spektroj montras larĝan bandoj; ne nur elektronoj estas levita al la niveloj pli altaj energio sed samtempe ekscitita vibro kaj turna moviĝo de la atomoj entute. Tiu estas ĉar vibro kaj turna energio de la molekuloj estas 10 ^-2 kaj 10 ^-4 de la transiro energioj, kiujn sumigi difini pluralidad de iomete malsama ondolongo komponantojn de sola bando. La pli grandaj molekuloj havas plurajn interkovrantaj strioj, unu por ĉiu tipo de transiro. Radiado molekuloj en solvo ventajosamente ribbonlike kiu kaŭzis por la interago de relative granda nombro da ekscititaj molekuloj kaj solventaj molekuloj. En la molekuloj, kiel en la atomoj implikitaj en la luminesko eksteraj elektronoj de orbitales moleculares.

Fluorescencia kaj fosforescencia

Ĉi tiuj kondiĉoj povas esti distingitaj ne nur surbaze de la daŭro de luminesko, sed ankaŭ por lia metodo de produktado. Kiam elektrono estas ekscitita al singlet stato kun permanenta ofico en ĝi 10 ^-8 s, el kiu ĝi povas facile reveni al la tero, la substanco elsendas lian energion kiel fluorescencia. Dum la transiro, la spino ne ŝanĝiĝas. Bazaj kaj ekscititaj ŝtatoj havas similajn obleco.

Elektrona tamen povas esti levita al pli alta energinivelo (nomata "ekscitita triplete ŝtato") kun la dorso traktado. En kvantummekaniko, la transiroj de la triobla stato al la singlet malpermesitaj, kaj tial, la tempo de ilia vivo estas multe pli. Sekve, la luminesko en ĉi tiu kazo estas multe pli longa termino: ekzistas fosforescencia.