Luminescence: llojet, metodat, dhe aplikacionet. Termikisht luminescence stimuluar - çfarë është kjo?

Luminescence - është emetimi i dritës nga materiale të caktuara në një gjendje relativisht të ftohtë. Ajo ndryshon nga rrezatimi i organeve të flaktë, të tilla si djegie druri apo qymyr, një hekuri i shkrirë dhe një tel të nxehtë nga rryma elektrike. Emisioni luminescence është vërejtur:

• në neoni dhe fluoreshente llambat, televizorë, ekrane radar dhe fluoroscopes;
• në substanca organike si luminol ose luciferin në fireflies;
• në disa pigmente të përdorura në reklamat në natyrë;
• me rrufe dhe Aurora.

Në të gjitha këto fenomene emetimit drita nuk është shkaktuar me ngrohje materialin e mësipërm temperaturë dhome, kështu që ajo është quajtur dritë të ftohtë. Vlera praktike e materialeve Amazing është aftësia e tyre për të transformuar formën e padukshme e energjisë në dritën e dukshme.

Burime dhe proces

fenomen luminescence ndodh si rezultat i materialeve të absorbimit të energjisë, për shembull, nga një burim i ultravjollcë apo X-rrezeve, trarëve elektron, reaksionet kimike, dhe kështu me radhë. d. Kjo rezulton në atomet substancë në një shtet qef. Që nga ajo është e paqëndrueshme, kthehet materiale në gjendjen e tij origjinale, dhe energjisë së absorbuar është lëshuar si drita dhe / ose ngrohje. Procesi përfshin vetëm elektronet e jashtme. Efikasiteti luminescence varet nga shkalla e konvertimit të energjisë ngacmim në dritë. Numri i lëndëve që kanë performancë të mjaftueshme për përdorim praktik, është relativisht i vogël.

Luminescence dhe Incandescence

eksitimit luminescence nuk lidhet me eksitimit e atomeve. Kur materialet e nxehtë fillojnë të shkëlqej si rezultat i llamba, atomet e tyre janë në një gjendje të ngacmuar. Edhe pse ata lëkund edhe në temperaturë dhome, kjo është e mjaftueshme që rrezatimi ka ndodhur në infra të kuqe rajon fantazme. Me rritjen e temperaturës zhvendos frekuencën e rrezatimit elektromagnetik në rajon dukshme. Në anën tjetër, në temperatura shumë të larta të cilat janë të krijuara, për shembull, në tuba shoku, goditjet atomike mund të jetë aq i fortë se elektronet janë të ndara prej tyre dhe recombine, emitting dritë. Në këtë rast, luminescence dhe të flaktë të bëhet i padallueshëm.

pigmente fluoreshente dhe ngjyra,

pigmente konvencionale dhe ngjyra kanë ngjyrë si ata pasqyrojnë atë pjesë të spektrit që është komplementare zhytur. Një pjesë e vogël e energjisë është konvertuar në nxehtësi, por një emision të rëndësishëm ndodh. Nëse, megjithatë, pigment fluoreshente absorbon dritën në rangun e një zonë të caktuar, ajo mund të lëshojnë fotone, të ndryshme nga reflektimi. Kjo ndodh si rezultat i proceseve brenda bojë apo pigment molekulës, me të cilën drita ultravjollcë mund të konvertohen në të dukshme, për shembull, e kaltër. Këto metoda luminescence janë përdorur në reklamat në natyrë dhe në pluhurat larëse. Në rastin e fundit, "Clarifier" mbetet në indet jo vetëm për të pasqyruar e bardhë, por edhe për të kthyer rrezatimit ultravjollcë në blu, të verdhë e kompensimin dhe rritjen bardhësi.

studimet e hershme

Edhe pse aurora rrufe dhe shkëlqim shurdhër e fireflies dhe kërpudhave kanë qenë gjithmonë i njohur për njerëzimin, studimet e para luminescence filloi me materiale sintetike, kur Vincenzo Kaskariolo alkimist dhe këpucar e Bolonjës (Itali), në vitin 1603 g. Përzierje të nxehtë e sulfate barium (barite në formë, spat rëndë) me qymyr. Pluhur merret pas ftohjes, natën luminescence blu emetuar, dhe Kaskariolo vënë re se ajo mund të restaurohen nga nënshtrohet pluhur në rrezet e diellit. Substanca u emërua "lapis Solaris" ose Sunstone, sepse alchemists shpresonte se ajo është në gjendje për ta kthyer metalet bazë në ari, simboli i së cilës është diellit. Afterglow ka shkaktuar interesin e shumë shkencëtarëve të periudhës, materialeve dhënë dhe emra të tjerë, duke përfshirë "fosfor", që do të thotë "bartës i dritës".

Sot emri "fosfor" të përdoret vetëm për elementin kimik, ndërsa materiali mikrokristaline Amazing quhet fosfor. "Fosfor" Kaskariolo, me sa duket, ishte sulfide barium. fosforeshente e parë komerciale në dispozicion (1870) u bë një "bojë Balmain" - zgjidhja e sulfide kalciumit. Në 1866, ajo është përshkruar në e parë fosforit qëndrueshme zink sulfide të - një prej më të rëndësishme në teknologji moderne.

Një nga studimet e para shkencore të luminescence, i cili manifestohet në kalbur druri ose mish e fireflies, është bërë në 1672 nga shkencëtari anglez Robert Boyle, i cili, edhe pse ai nuk e di në lidhje me origjinën biokimike të kësaj drite, por të vendosur disa nga vetitë themelore të sistemeve bioluminescent:

• Glow ftohtë;
• që mund të shtypet nga agjentët kimike të tilla si alkool, acid klorhidrik dhe amoniak;
• Rrezatimi kërkon qasje në ajër.

Në vitet 1885-1887, u vu re se ekstrakte papërpunuar nga fireflies West Indian (pyrophorus) dhe molusqe Foladi kur të përziera prodhuar dritë.

Materialet e para efektive chemiluminescent ishin komponimet nonbiological sintetike të tilla si luminol, zbuluar në 1928 vit.

Substanca dhe Bioluminescence

Pjesa më e madhe e energjisë të lëshuar në reaksionet kimike, veçanërisht reagimet oksidimi, ka formën e nxehtësisë. Në disa reagime, por një pjesë e përdorur për të nxeh elektronet deri në nivele më të larta, dhe në molekula fluoreshente para chemiluminescence (CL). Studimet tregojnë se CL është një fenomen universal, por intensiteti luminescence është aq i vogël se ajo kërkon përdorimin e detektorë të ndjeshme. Ka, megjithatë, disa nga komponimet që shfaqin gjallë CL. Më e njohura nga këto është luminol, e cila pas oksidimit me peroksid hidrogjeni mund të japin një blu ose blu-jeshile dritë të fortë. pikat e forta të tjera të CL-substancave - dhe lofin lucigenin. Pavarësisht CL tyre shkëlqim, jo të gjithë prej tyre janë të efektshme në konvertimin e energjisë kimike në dritë, dmth. K. Më pak se 1% e molekulave lëshojnë dritë. Në 1960 është gjetur se estere te oksalik, oksidohet në tretës anhidrike, në praninë e komponimeve aromatike shumë fluoreshente çlirojnë dritë të fortë me efikasitetin e 23%.

Bioluminescence është një lloj i veçantë i chemiluminescence katalizuar nga enzimat. Prodhimi luminescence i këtyre reagimeve mund të arrijë 100%, që do të thotë se çdo molekulë e luciferin reagent hyn emitting shtet. Të gjithë sot i njohur reagimi bioluminescent katalizuar reaksione oksidimi ndodhin në prani të ajrit.

luminescence termikisht stimuluar

Termolumineshences do të thotë nuk ka rrezatim termik, por forcimin e materialeve të lehta emetimit, elektronet të cilat janë ngacmuar nga nxehtësia. Termikisht stimuluar luminescence vërejtur në disa minerale dhe sidomos në phosphors kristal, pasi ata ishin ngacmuar nga drita.

photoluminescence

Photoluminescence cila ndodh nën veprimin e ngjarjes rrezatimit elektromagnetik në material, mund të bëhet në rangun e dritës përmes ultravjollcë me rreze X dhe rrezatimi gama. Në luminescence, detyruar nga fotone, gjatësi vale të dritës të emetuar në përgjithësi është e barabartë me ose më e madhe se gjatësi vale e mrekullueshme (m. E. barabartë ose më pak pushtet). Ky ndryshim në gjatësi vale të shkaktuara nga transformimit të energjisë në hyrje në vibracionet e atomeve apo joneve. Ndonjëherë, me rreze intensive lazer, drita e emetuar mund të ketë një gjatësi vale më të shkurtër.

Fakti se PL mund të ngacmuar nga rrezatimi ultravjollcë, u zbulua nga fizikani gjerman Johann Ritter në 1801, ai vuri re se phosphors shkëlqim shkëlqim në rajonin e padukshme të pjesës së purpurt të spektrit, dhe kështu hapi rrezatimit UV. Konvertimi i UV të dritës së dukshme është me rëndësi të madhe praktike.

Gama dhe x-rrezet nxeh phosphors dhe materialeve të tjera kristalore në gjendjen luminescence nga procesi ionization ndjekur nga rikombinimit te elektroneve dhe joneve, ku luminescence ndodh. Përdorimi i saj është në fluoroscopy përdoret në radiologji, dhe kundërvihet shkëlqim. Të dhënat e fundit dhe të matur rrezatimin gama drejtuar në një disk të veshura me një fosfor, i cili është në kontakt optik me sipërfaqen e photomultiplier.

triboluminescence

Kur kristalet e disa substancave, të tilla si sheqerna, grimcuar, shkëndijë dukshme. E njëjta gjë është vërejtur në shumë substanca organike dhe inorganike. Të gjitha këto lloje të luminescence gjeneruara nga akuzat pozitive dhe negative elektrike. prodhuar fundit nga sipërfaqet e ndarjes mekanike në procesin e kristalizimit. Emisioni lehta pastaj bëhet nga shkarkimi - në mënyrë të drejtpërdrejtë në mes të pjesëve të molekulave, ose nëpërmjet ngacmim të luminescence e atmosferës në afërsi të sipërfaqes së ndarë.

Electroluminescence

Si termolumineshences, Electroluminescence (EL), termi përfshin lloje të ndryshme të luminescence tipar i përbashkët i cili është se drita është emetuar kur një shkarkesë elektrike në gazeve, lëngjeve dhe materialeve të ngurta. Në 1752, Benjamin Franklin themeluar luminescence e shkarkimit elektrik rrufe-i detyruar nëpër atmosferë. Në vitin 1860, shkarkimi llamba u shfaq për herë të parë në Shoqërisë Mbretërore të Londrës. Ajo prodhoi një dritë të ndritshme të bardhë me një shkarkim të tensionit të lartë me anë të dioksidit të karbonit në presion të ulët. llambat fluoreshente moderne janë në bazë të një kombinimi të electroluminescence dhe photoluminescence mërkurit atome ngacmuar me llamba elektrik shkarkimit, rrezatimi ultravjollcë emetuar prej tyre është konvertuar në dritës nëpërmjet fosforit.

EL vërejtur në elektroda gjatë elektrolizë për shkak të rekombinimit të joneve (dhe kështu një lloj i chemiluminescence). Nën ndikimin e fushës elektrike në shtresa të holla të Amazing zinkut sulfide emetimit të dritës ndodh, e cila është referuar edhe si Electroluminescence.

Një numër i madh i materialeve lëshon luminescence nën ndikimin e elektroneve të përshpejtuar - Diamond, Ruby, fosfor kristal dhe të caktuar kripë komplekse platin. Aplikimi i parë praktik i cathodoluminescence - oshiloskop (1897). Ekranet të ngjashme duke përdorur përmirësuara phosphors kristaltë janë përdorur në televizorë, radarët, oscilloscopes dhe mikroskopëve elektron.

e radios

elemente radioaktive çlirojnë grimcat alfa (berthamat helium), elektrone dhe rrezet gama (a me energji të lartë të rrezatimit elektromagnetik). Rrezatimi luminescence - një shkëlqim të ngazëllyer nga substancë radioaktive. Kur grimcë alpha bombardoj fosfor kristaline, të dukshme nën dridhje mikroskop vogël. Ky parim duke përdorur English fizikan Ernest Rutherford, për të provuar se atom ka një bërthamë qendrore. Vetë-shkëlqen bojë e përdorur për të shënuar watches dhe mjete të tjera janë të bazuara në RL. Ato përbëhen nga të fosforit dhe substancës radioaktive, për shembull tritium ose radium. Mbresëlënëse luminescence natyrore - është aurora borealis: Proceset radioaktive në diell lëshojnë në hapësirë masa të mëdha të elektroneve dhe joneve. Kur do t'i afrohen Tokës, fusha e saj gjeomagnetike drejton ato në polet. Proceset Gas-shkarkimit në shtresat e sipërme të atmosferës dhe të krijojë një Aurora famshme.

Luminescence: Fizika e procesit

Emisioni i dritës së dukshme (dmth. E. Me gjatësi vale midis 690 nm dhe 400 nm) ngacmim kërkon energji, e cila është përcaktuar në ligj pak Einstein. Energji (E) eshte i barabarte me Planck së vazhdueshme (h), shumëzuar nga frekuenca e dritës (ν) ose shpejtësinë e saj në vakum (c), i ndarë nga gjatësi vale (λ): E = hν = hc / λ.

Kështu, energjia e nevojshme për ngacmim varion nga 40 kilocalories (për red) deri 60 kcal (për të verdhë), dhe 80 kalorive (deri purple) për mol të substancës. Një mënyrë e shprehur energji - në volt elektron (1 eV = 1,6 mm 10 ^-12 erg) - nga 1.8 në 3.1 eV.

Energjia ngacmim është transferuar elektronet përgjegjës për luminescence që hidhen nga niveli i tokës me një të lartë. Këto kushte përcaktohen nga ligjet e mekanikës kuantike. Mekanizmat e ndryshme të eksitimit varet nëse ajo ndodh në atomet dhe molekulat e vetme, ose në kombinime të molekulave në kristal. Ata janë nisur nga veprimi i grimcave të përshpejtuar, të tilla si elektrone, jonet pozitive ose fotoneve.

Shpesh, energjia ngacmim është dukshëm më e lartë se e nevojshme për të ngritur një elektron të rrezatimit. Për shembull, fosfor luminescence ekranet televizive kristal, elektronet katodë prodhuar me energjitë mesatare të 25.000 volt. Megjithatë, ngjyra e dritës fluoreshente është gati i pavarur i energjisë së grimcave. Ajo ndikohet nga niveli i shtetit qef e qendrave të energjisë kristal.

llambat fluoreshente

Grimcat, për shkak të cilat luminescence ndodh - kjo elektrone jashtme të atomeve ose molekulave. Në llambat fluoreshente, të tilla si atom merkur është nxitur nën ndikimin e energjisë 6.7 eV ose më shumë, heqjen e një prej dy elektroneve jashtme në një nivel më të lartë. Pas kthimit të saj në shtetin e parë diferenca në energji është emetuar si drita ultravjollcë me gjatësi vale të 185 nm. Kalimi në mes të bazës dhe një nivel tjetër prodhon rrezatimit ultravjollcë në 254 nm, e cila nga ana tjetër, mund të nxeh gjeneruese të tjera fosfor dritë të dukshme.

Ky rrezatim është veçanërisht intensiv në merkur avullit të presionit të ulët (10 ^-5 atmosferë) të përdorur në llambat shkarkuese e gazit të presionit të ulët. Kështu rreth 60% e energjisë së elektroneve është konvertuar në një dritë njëngjyrësh UV.

Në presion të lartë, frekuenca rritet. Spektrit përbëhet më i një vijë spektrale të 254 nm dhe energji nga rrezatimi eshte e shperndare nga linjat spektrale korrespondon me nivele të ndryshme elektronike: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 dhe 578 nm. presion të lartë llambat merkurit janë përdorur për ndriçim, pasi që dukshëm 405-546 nm blu-jeshile të lehta, ndërsa transformuar një pjesë të rrezatimit në dritë të kuqe duke përdorur një fosfor si rezultat bëhet i bardhë.

Kur molekulat e gazit janë të ngazëllyer, spectra tyre luminescence tregojnë grupe të gjera; jo vetëm elektronet janë ngritur në nivelet e energjisë më të lartë, por lëvizje ngacmuar njëkohësisht vibrational dhe rrotulluese e atomeve në tërësi. Kjo është për shkak të energjisë vibrational dhe rrotulluese e molekulave janë 10 ^-2 dhe të 10 ^-4 e energjive në tranzicion, të cilat të shtoni deri për të përcaktuar një shumicë të komponentëve paksa të ndryshme gjatësi vale të një grupi të vetëm. Molekulat e mëdha kanë disa shirita mbivendosje, një për secilin lloj të tranzicionit. Molekulat Rrezatimi në zgjidhje advantageously ribbonlike se shkaktuar nga ndërveprimi i një numri relativisht të madh të molekulave ngacmuar dhe molekulat tretës. Në molekulat, si në atomet e përfshirë në luminescence elektroneve jashtme të orbitalet molekulare.

Ndriçim fluoreshent dhe fosforeshencë

Këto terma mund të dallohen jo vetëm në bazë të kohëzgjatjes së shkëlqimit, por edhe në mënyrën se si ajo prodhohet. Kur një elektron është i ngazëllyer në një shtet të thjeshtë me një kohë qëndrimi prej ^10-8 s nga i cili mund të kthehet lehtësisht në gjendjen tokësore, substanca lëshon energjinë e saj në formën e ndriçimit fluoreshent. Gjatë tranzicionit, tjerrja nuk ndryshon. Shtetet bazë dhe të ngazëllyer kanë një shumëllojshmëri të ngjashme.

Megjithatë, elektroni mund të ngrihet në një nivel më të lartë të energjisë (i quajtur "shteti i ngacmuar i trefishtë") me përmbysjen e rrotullimit të tij. Në mekanikën kuantike, tranzicionet nga shtetet e trefishtë në shtetet singlet janë të ndaluara, dhe rrjedhimisht jeta e tyre është shumë më e gjatë. Prandaj, luminescenca në këtë rast ka një kohë shumë më të gjatë: vërehet fosforeshenca.