Луминесценция: видове, методи и приложения. Термично стимулира луминесценция - какво е това?

Луминесценция - е излъчване на светлина от определени материали в относително студено състояние. Тя се различава от излъчването на нажежаема органи, като например изгаряне на дървесина или въглища, разтопено желязо и жица нагрява от електрически ток. се наблюдава емисия луминесценция:

• в неонови и флуоресцентни лампи, телевизори, радарни екрани и fluoroscopes;
• в органични вещества като луминол или луциферин в светулки;
• в определени пигменти, използвани в външна реклама;
• с мълнии и северно сияние.

Във всички тези явления светлинно излъчване, не се дължи на нагряване на материала над стайна температура, така че той се нарича студена светлина. Практическата стойност на луминесцентни материали е тяхната способност да трансформира невидимата форма на енергия в видима светлина.

Източници и процес

луминисценция явление възниква в резултат на поглъщане на енергия материал, например от източник на ултравиолетова или рентгенови лъчи, електронни лъчи, химични реакции и така нататък. г. Това води до атоми на веществото възбудено състояние. Тъй като тя е нестабилна, материалните се връща в първоначалното си състояние, и абсорбираната енергия се освобождава като светлина и / или топлинна енергия. Процесът включва само външните електрони. ефективност луминесценция зависи от степента на преобразуване на енергия за възбуждане на светлината. Броят на използваните материали, които имат достатъчна производителност за практическа употреба, е относително малък.

Луминесценция и с нажежаеми жички

луминисценция възбуждане не е свързан с възбуждане на атома. Когато горещи материали, започват да светят в резултат на крушки, техните атоми са в възбудено състояние. Въпреки че вибрира дори при стайна температура, достатъчно е, че излъчването се наблюдава в много инфрачервена спектрална област. С увеличаване на температурата смени честотата на електромагнитното излъчване във видимата област. От друга страна, при много високи температури, които се образуват, например, в шок тръби, атомни сблъсъци могат да бъдат толкова силни, че електроните се отделят от тях и рекомбинират, излъчващи светлина. В този случай, луминесценция и с нажежаема жичка са станали неразличими.

Флуоресцентните оцветители и багрила

Конвенционалните пигменти и багрила имат цвят като те отразяват тази част на спектъра, която е комплементарна абсорбира. Малка част от енергията се превръща в топлина, но настъпва значително емисиите. Ако, обаче, флуоресцентен пигмент абсорбира светлината в диапазона на дадена област, може да излъчват фотони, различни от отражение. Това се получава като резултат от процеси в молекулата на багрило или пигмент, с които ултравиолетова светлина могат да бъдат превърнати в вижда, например, синя светлина. Такива методи се използват луминесцентни в външна реклама и прахове за пране. В последния случай, в "пречистващия" остава в тъканта не само да се отрази на белия, но също така и за преобразуване на ултравиолетова радиация в синьо, жълто на компенсиране и засилване на белота.

ранни проучвания

Въпреки мълния Aurora и тъп блясък на светулки и гъбички винаги са известни на хората, първите проучвания луминисцентни започнаха с синтетичен материал, когато Vincenzo Kaskariolo алхимик и обущарски на Bologna (Италия), в 1603 грама. Загрята смес от бариев сулфат (барит във формата, тежка борба с петли) с въглища. Полученият след охлаждане на прах, нощен синята луминесценция, излъчвана и Kaskariolo забелязали, че тя може да бъде възстановена чрез подлагане на праха на слънчева светлина. Веществото е кръстен "лапис Solaris" или Sunstone, защото алхимици надяваха, че тя е в състояние да се превърне неблагородните метали в злато, символ на което е слънцето. Afterglow е причинил интереса на много учени от този период, които дават материали и други имена, включително "фосфор", което означава "носител на светлина".

Днес името "фосфор" се използва само за химичния елемент, докато микрокристална луминисцентна материал, наречен фосфор. "Фосфор" Kaskariolo, както изглежда, е бариев сулфид. Първият търговски наличен фосфор (1870) става "боя Balmain" - разтвор на калциев сулфид. През 1866 г., е описан в първия стабилен цинков сулфид фосфор от - една от най-важните в съвременната технология.

Един от първите научни изследвания на луминесценция, която се проявява при гниене дърво или плът и светулки, се извършва в 1672 от английския учен Робърт Бойл, който, въпреки че той не е знаел за биохимичния произход на тази светлина, но въпреки това създаде някои от основните свойства на биолуминесцентни системи:

• Glow студено;
• тя може да бъде потиснато чрез химични средства, такива като алкохол, солна киселина и амоняк;
• радиация изисква достъп до въздуха.

В годините 1885-1887, беше отбелязано, че сурови екстракти от светулки Западна Индия (pyrophorus) и миди Foladi, когато се смесят продукция светлина.

Първите ефективни хемилуминесцентни материали са небиологичен синтетични съединения, такива като луминол, открити през 1928 година.

Химическа и биолуменесцентния

Повечето от енергията, освободена в химични реакции, по-специално реакциите на окисление, има формата на топлина. В някои реакции, но част се използва за да се възбуди електрони до по-високи нива, и в флуоресцентни молекули преди хемилуминисценцията (CL). Проучванията показват, че CL е универсално явление, но интензивността на луминесценция е толкова малка, че не изисква използването на чувствителни детектори. Има, обаче, някои от съединенията, които проявяват ярки CL. Най-известният от тях е луминол, която след окисляване с водороден прекис може да се получи силна синьо или синьо-зелен светлина. Други предимства на CL-вещества - и луцигенин lofin. Въпреки тяхната яркост CL, не всички от тях са ефективни при превръщане химическа енергия в светлина, т.е.. К. По-малко от 1% от молекулите излъчват светлина. През 1960 е установено, че естерите на оксалова киселина, окислени в безводни разтворители, в присъствието на силно флуоресцентни ароматни съединения излъчват ярка светлина с ефективност 23%.

Биолуминесценцията е специален вид хемилуминесценция, катализирано от ензими. Изходът на луминисценция на тези реакции могат да се достигне 100%, което означава, че всяка молекула на луциферин реагент постъпва излъчващи състояние. Всички известни днес биолуминесцентно реакция катализирана окислителни реакции, проявяващи се в присъствие на въздух.

термично стимулирано луминисценция

Термолуминесценция означава липса на топлинното излъчване, но укрепване на леки материали емисиите, електроните, които се задействат от топлина. Термично стимулирана луминесценция се наблюдава в някои минерали и особено в кристални фосфор, след като те са били развълнувани от светлина.

фотолуминисценция

Фотолуминисценцията който възниква под действието на електромагнитно лъчение инцидент от материала, може да се направи в границите на видимата светлина през ултравиолетовия с рентгенов и гама радиация. В луминисценция, индуцирана от фотони, дължина на вълната на излъчената светлина обикновено е равен на или по-голяма от дължината на вълната на широка (т. Е., равен на или по-малко енергия). Тази разлика в дължина на вълната, причинени от трансформацията на входящия енергия в вибрации на атоми или йони. Понякога, с интензивен лазерен лъч, излъчвана светлина може да има по-къса дължина на вълната.

Фактът, че ПЗ може да се възбужда от ултравиолетова радиация, е бил открит от немския физик Йохан Ритер през 1801 година, той забелязал, че фосфора светят ярко в невидимата област на лилаво част на спектъра, и по този начин отвори ултравиолетовите лъчи. Превръщането на UV за видимата светлина е от голямо практическо значение.

Гама и рентгенови лъчи възбуждат фосфор и други кристални материали за състоянието на луминисценция чрез процес йонизация последвано от рекомбинация на електрони и йони, при което настъпва луминисценция. Използването на това е в флуороскопия използван в радиологията и сцинтилационни броячи. В последния запис и измерване на гама лъчение насочено на диск покрита с фосфор, който е в оптичен контакт с повърхността на фотоумножи.

triboluminescence

Когато кристалите на някои вещества, такива като захари, натрошен, видима искра. Същото се наблюдава в много органични и неорганични вещества. Всички тези видове луминесценция, генерирани от положителни и отрицателни електрически заряди. Последно, произведен от повърхности механично отделяне в процеса на кристализация. Светлината на емисиите след това се извършва чрез разреждане - или директно между частите на молекулите, или чрез възбуждане на луминисценция на атмосферата в близост до повърхността отделя.

електролуминисценция

Както термолуминесцентното, електролуминесценция (EL), терминът включва различни видове луминисценция обща черта от които е, че светлината се излъчва когато газов разряд, течности и твърди материали. През 1752, Бенджамин Франклин, създаден луминесценция от мълния предизвикан електрически разряд през атмосферата. През 1860 г., лампата за освобождаване от отговорност е демонстрирана за първи път в Кралското дружество в Лондон. Тя произвежда светло бяла светлина с високо напрежение освобождаване чрез въглероден двуокис при ниско налягане. Съвременните флуоресцентни лампи се основава на комбинация от електролуминесценция и фотолуминисценция живачни атоми възбудени от електрическа лампа освобождаване, ултравиолетовата радиация, излъчвана от тях се превръща във видима светлина чрез фосфор.

EL наблюдава при електродите по време на електролизата поради рекомбинация на йони (и по този начин един вид хемилуминесценция). Под влиянието на електричното поле в тънки слоеве на луминесцентен цинков сулфид излъчване на светлина се появява, което също се нарича електролуминесценция.

Голям брой материали излъчва луминисценция под влиянието на ускорени електрони - диамант, рубин, кристални фосфор и някои комплексни платина сол. Първият практическото прилагане на cathodoluminescence - осцилоскоп (1897). Подобни екрани използват подобрени кристални фосфор се използват в телевизори, радари, осцилоскопи и електронни микроскопи.

на радио

Радиоактивни елементи могат да излъчват алфа частици (хелиеви ядра), електрони и гама лъчи (високо-енергийна електромагнитно лъчение). Радиация луминесценция - сияние развълнувани от радиоактивно вещество. Когато алфа частиците бомбардират кристален фосфор, видими под микроскоп малка трептене. Този принцип с помощта на английски физик Ърнест Ръдърфорд, за да докаже, че атомът е с централно ядро. Самостоятелно светлинен боя се използва за маркиране на часовници и други инструменти, се основават на РЛ. Те се състоят от фосфор и радиоактивни вещества, например тритий или радий. Впечатляващо природен луминисценция - е Borealis Aurora: радиоактивни процеси на слънцето излъчват в пространството огромни маси на електрони и йони. Когато те се доближава до Земята, нейната геомагнитното поле ги насочва към полюсите. Газоразрядните процеси в горните слоеве на атмосферата и да се създаде известен полярно сияние.

Луми: физика на процеса

Емисии на видима светлина (т.е.. Д. С дължини на вълните между 690 нм и 400 нм) възбуждане изисква енергия, която се определя най-малко право Einstein. Енергия (Е) е равно на константата на Планк (з), умножена по честотата на светлина (ν) или неговата скорост във вакуум (в), разделена на дължината на вълната (λ): Е = hν = HC / λ.

По този начин, времето, необходимо за възбуждане енергия варира от 40 килокалории (за червено) до 60 ккал (за жълт) и 80 калории (до лилаво) на мол вещество. Друг начин за изразяване на енергия - в електронволта (1 ЕГ = 1,6 х 10 ^-12 ERG) - от 1.8-3.1 ЕГ.

Енергията на възбуждане е прехвърлено на електрони, които отговарят за луминесценция, която скочи от партерно ниво до по-висока такава. Тези условия се определят от законите на квантовата механика. Различни механизми на възбуждане зависи от това дали се случва в отделни атоми и молекули, или в комбинации от молекули в кристала. Те се инициира чрез действието на ускорени частици като електрони, положителни йони или фотони.

Често, възбуждащата енергия е значително по-висока, отколкото е необходимо за повишаване на електрон на радиация. Например, фосфор луминосценция кристал телевизионните екрани, катод електрони, произведени със средни енергии на 25,000 волта. Независимо от това, цветът на флуоресцентна светлина е почти независимо от енергията на частиците. То се влияе от нивото на възбудено състояние на кристал енергийни центрове.

луминесцентни лампи

Частиците, поради което възниква луминисценция - това външните електрони атоми или молекули. В флуоресцентни лампи, като живак атом се задвижва под въздействието на енергия 6.7 ЕГ или повече подемни един от двата външни електрони до по-високо ниво. След връщане до основното състояние разликата в енергия се излъчва като ултравиолетова светлина с дължина на вълната 185 нм. Преходът между основата и друго ниво произвежда ултравиолетово лъчение при 254 нм, което от своя страна, може да се възбуди друга фосфор генериране на видима светлина.

Това облъчване е особено интензивно в живачни ниско налягане (10 ^-5 атмосфера), използвани в газоразрядни лампи за ниско налягане. По този начин около 60% от електронна енергия се превръща в един монохроматичен UV светлина.

При високо налягане, честотата се увеличава. Spectra вече не се състои от една спектрална линия от 254 пМ, и радиационна енергия се разпространява от спектрални линии, съответстващи на различни електронни нива: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 и 578 нм. живачни лампи с високо налягане се използват за осветяване, тъй като вижда 405-546 нм синьо-зелена светлина, докато превръщането на част от радиацията в червената светлина с помощта на фосфор в резултат се превръща в бяло.

Когато газови молекули са възбудени, техните спектри луминисцентни показват широки ленти; не само електрони са повдигнати до нивата по-високи енергийни но възбуждат едновременно вибрационна и въртеливо движение на атомите като цяло. Това е така, защото вибрационна и ротационна енергия на молекулите са 10 ^-2 и 10 ^-4 на енергиите на прехода, които допринасят за определяне на множество леко различни компоненти дължина на вълната на единична ивица. По-големите молекули имат няколко припокриващи се ивици, по един за всеки тип преход. Радиационно молекули в разтвор за предпочитане ribbonlike че причинява от взаимодействието на относително голям брой на възбудени молекули и молекули на разтворителя. В молекулите, като в атомите, участващи в луминисценцията външните електроните на молекулни орбитали.

Флуоресценция и фосфоресценция

Тези условия могат да бъдат различени не само въз основа на продължителността на луминесценция, но също така и от неговия начин на производство. Когато електрон се възбужда до синглет състояние с стопанисване в него 10 ^-8 S, от която лесно може да се върне на земята, веществото излъчва своята енергия на флуоресценция. По време на прехода, спинът не се променя. Основни и възбудени състояния имат подобна множественост.

Electron, обаче, може да бъде доведена до по-високо ниво на енергия (наречена "възбудено триплетно състояние"), с гръб лечение. В квантовата механика, преходите от триплетното състояние на потник забранени, и следователно, по време на живота си, много повече. Ето защо, луминесценция, в този случай е много по-дългосрочен план: не е фосфоресцираща.