Luminescence: typen, metoaden, en tapassings. Termysk stimulearre luminescence - wat is dit?

Luminescence - is de útstjit fan ljocht troch bepaalde stoffen yn in relatyf kâld steat. It ferskilt fan de strieling fan incandescent lichems, sa as baarnende hout of stienkoal, in getten izer en in tried ferwaarme troch in elektryske stroom. luminescence útstjit is waarnommen:

• yn neon en fluorescent lampen, televyzjes, radar skermen en fluoroscopes;
• yn organyske stoffen lykas luminol of luciferin yn fireflies;
• yn bepaalde pigminten brûkt yn outdoor reklame;
• mei tonger en aurora.

Yn al dy ferskynsels ljochtútstjit wurdt net feroarsake troch ferwaarming it materiaal boppe keamertemperatuer, dus it is neamd kâlde ljocht. De praktyske wearde fan 'e luminescent materialen is harren feardigens om te skeppen it ûnsichtbere foarm fan enerzjy yn sichtber ljocht.

Boarnen en proses

luminescence fenomeen foarkomt as gefolch fan enerzjy absorption materiaal, bygelyks, út in boarne fan Ultraviolet of X-rays, elektron balken, gemyske reaksjes, ensafuorthinne. d. Dit makket de stof atomen nei in oansleine tastân. Sûnt it is ynstabyl, it materiaal werom yn de oarspronklike steat, en de geabsorbeerd enerzjy wurdt útbrocht as ljocht en / of waarmte. It proses giet it om allinne de bûtenste elektroanen. luminescence efficiency hinget ôf fan 'e mjitte fan bekearing fan excitation enerzjy yn ljocht. It oantal materialen dy't hawwe genôch prestaasje foar praktysk gebrûk, is relatyf lyts.

Luminescence en incandescence

luminescence excitation is net besibbe oan it excitation fan atomen. Wannear't hot materialen begjinne te sinnebrân as gefolch fan bollen, harren atomen binne yn in oansleine tastân. Hoewol't se triljen sels by keamertemperatuer, is it genôch dat de strieling barde yn it fiere ynfraread Spektrale regio. Mei tanimmende temperatuer ferskoot de frekwinsje fan elektromagnetyske strieling yn de sichtbere regio. Oan de oare kant, op tige hege temperatueren dy't generearre, bygelyks, yn shock buizen, atomic collisions kin sa sterk, dat de elektroanen wurde skieden fan harren en recombine, emitting ljocht. Yn dit gefal, luminescence en incandescent wurden indistinguishable.

Fluorescent pigminten en kleurstoffen,

Konfinsjonele pigminten en kleurstoffen hawwe kleur as se reflektearje dat part fan it spektrum dat oanfoljend opgenomen. In lyts part fan 'e enerzjy wurdt omset yn waarmte, mar in wichtige emission optreedt. As, lykwols, de fluorescent pigment absorbearret ljocht yn it berik oer in bepaald gebiet, dan kin emit fotoanen, oars refleksje. Dit foarkomt as gefolch fan prosessen binnen de kleurstof of pigment molecule, troch hokker Ultraviolet ljocht kin wurde omboud ta sichtber, bygelyks, blau ljocht. Sokke luminescence metoaden wurde brûkt yn iepenloftspul reklame en yn wassen poeders. Yn dat lêste gefal, de "clarifier" bliuwt yn it weefsel net allinne te oanslute by de wite, mar ek te bekearen Ultraviolet strieling yn blau, giel fan compensating en fersterking witheid.

betiid stúdzjes

Hoewol't wjerljocht aurora en saai gloed fan fireflies en skimmels hawwe altyd al bekend oan 'e minske, yn de earste luminescence stúdzje begûn mei it syntetyske materiaal, doe't Vincenzo Kaskariolo Alchemist en skuonmakker fan Bologna (Itaalje), yn 1603 g. Ferwaarme mingsel fan barium sulfate (Barite yn de foarm, swiere spar) mei stienkoal. De poeder krige nei koeling, nacht blauwe luminescence ynfoege, en Kaskariolo merkte dat it kinne weromset wurde troch te ûnderwerpen de poeder oan sinneljocht. De stof waard de namme "lapis Solaris" of Granite, omdat algemisten hope dat it by steat is om basis metalen yn goud, it symboal dêrfan is de sinne. Afterglow hat feroarsake de belangstelling fan in soad wittenskippers fan de perioade, it jaan fan materialen en oare nammen, wêrûnder "fosfor", wat betsjut "drager fan ljocht".

Hjoed de namme "fosfor" wurdt brûkt allinne foar de gemysk elemint, wylst de microkristallijne luminescent materiaal neamd in fosfor. "Fosfor" Kaskariolo, blykber, wie barium Sulfide. De earste kommersjeel beskikber fosfor (1870) waard in "paint Balmain" - oplossing fan calcium Sulfide. Yn 1866, it waard beskreaun yn de earste stabile sink Sulfide fosfor fan - ien fan de meast wichtige yn moderne technology.

Ien fan de earste wittenskiplike stúdzje fan 'e luminescence, dat wurdt iepenbiere by rotte hout of fleis en fireflies, waard útfierd yn 1672 troch de Ingelske wittenskipper Robert Boyle, dy't, hoewol't er wist net oer it biochemical oarsprong fan dit ljocht, dochs sette fen de basiseigenskippen fan bioluminescent systemen:

• Glow kjeld;
• it kin wurde ûnderdrukt troch gemyske aginten lykas alkohol, hydrochloric acid en ammoniak;
• strieling freget tagong ta de loft.

Yn de jierren 1885-1887, waard konstatearre dat lompe úttreksels út fireflies West Yndyske (pyrophorus) en clam Foladi doe't mongen produce ljocht.

De earste effektive chemiluminescent materialen wienen nonbiological syntetyske stoffen sa as luminol, ûntdutsen yn 1928 jier.

Chemi- en bioluminescence

It grutste part fan 'e enerzjy útbrocht yn de gemyske reaksjes, benammen oksidaasje reaksjes, hat de foarm fan waarmte. Yn guon reaksjes, mar in part brûkt om excite elektroanen omheech nei de hegere nivo 's, en yn fluorescent molekulen foardat de chemiluminescence (CL). Ûndersiken docht bliken dat CL is in universele fenomeen, mar de luminescence yntinsiteitsnivo is sa lyts dat it fereasket it gebrûk fan gefoelige Detectors. Der binne lykwols in pear fan de ferbiningen dy't eksposearje vivid CL. De bekendste fan dizze is luminol, dy't op oksidaasje mei hydrogen peroxide kin opsmite in sterke blauwe of blau-grien ljocht. Oare sterke punten fan CL-stoffen - en lucigenin lofin. Nettsjinsteande harren Helligkeit CL, net allegear fan harren binne effektyf by it omsette fan gemyske enerzjy yn ljocht, dws. K. Minder as 1% fan de molekulen emit ljocht. Yn de jierren 1960 waard fûn dat de esters fan oxalic acid, oxidized yn anhydrous solvents yn it bywêzen fan tige fluorescent aromatisch ferbiningen emit helder ljocht mei in effisjinsje fan 23%.

Bioluminescence is in spesjaal soarte fan chemiluminescence catalyzed troch enzymen. It luminescence útfier fan dizze reaksjes kinne berikke 100%, wat betsjut dat elk molekúl fan luciferin reactant komt emitting steat. Alle bekende hjoed bioluminescent reaksje catalyzed oksidaasje reaksjes orkanen yn 'e oanwêzigens fan lucht.

termysk stimulearre luminescence

Thermoluminescence betsjut gjin termyske strieling mar fersterkjen fan de ljochtútstjit materialen, de elektroanen dy't wurde oanslein troch de waarmte. Termysk stimulearre luminescence waarnommen yn guon mineralen en foaral yn crystal phosphors neidat sy hie oanslein troch ljocht.

photoluminescence

Photoluminescence dat optreedt ûnder de aksje fan elektromagnetyske strieling ynsidint op it materiaal, kin makke wurde yn it oanbod fan sichtber ljocht troch it Ultraviolet oan x-ray en gamma strieling. Yn luminescence, feroarsake troch fotoanen, golflingte fan ynfoege, ljocht is oer it generaal gelyk oan of grutter as de golflingte fan it spannend (m. E. gelyk oan of minder macht). Dat ferskil yn golflingte feroarsake troch de transformaasje fan it binnenkommende enerzjy yn trillings fan atomen of ioanen. Soms, mei yntinsive laser beam, ynfoege, ljocht kin hawwe in koarter golflingte.

It feit dat de PL kin wurde oanslein troch Ultraviolet strieling, waard ûntdekt troch de Dútske natuerkundige Johann Ritter yn 1801, hy murken dat de phosphors glow helder yn de ûnsichtbere regio fan 'e pears diel fan it spektrum, en sa iepene de UV strieling. De ombou fan UV oan sichtber ljocht is fan grutte praktyske belang.

Gamma en x-rays excite phosphors, en oare kristallijn materiaal oan it luminescence tastân troch Ionisaasje proses folge troch Rekombinaasje fan elektroanen en ioanen, wêrby luminescence optreedt. It brûken fan it is yn fluoroscopy brûkt yn Radiology, en scintillation baaljes. De lêste rekôr en mjitten it gamma strieling rjochte op in skiif bedekt mei in fosfor, dy't yn optyske kontakt mei it oerflak fan 'e photomultiplier.

triboluminescence

Doe't de kristallen fan guon stoffen, lykas sûkers, gemalen, sichtber spark. Itselde spilet him ôf yn in soad organyske en anorganyske stoffen. Al dizze soarten luminescence opwekt troch de positive en negative elektryske ladingen. Resinte produsearre troch meganyske ôfskieding oerflak yn 'e crystallization proses. Ljochtútstjit dan fynt plak troch discharging - itsij direkt tusken de moieties fan de molekulen, itsij fia excitation fan luminescence fan de sfear by de skieden oerflak.

electroluminescence

As thermoluminescence, electroluminescence (EL), de term omfiemet ferskate soarten luminescence mienskiplik skaaimerk dêrfan is dat ljocht wurdt ynfoege, wannear in elektryske ûntlading yn de gassen, floeistoffen en bêst materialen. Yn 1752 Bendzhamin Franklin oprjochte de luminescence fan wjerljocht-feroarsake elektryske stroom oansluten troch de atmosfear. Yn 1860, de floed lamp waard earst demonstrearre yn de Royal Society of London. Se produsearre in helder wyt ljocht mei in hege spanning ûntlading troch it koalstofdiokside by lege druk. Moderne fluorescent lampen binne basearre op in kombinaasje fan electroluminescence en photoluminescence kwik atomen oanslein troch elektryske ôfskieding lamp, de Ultraviolet strieling ynfoege, troch harren wurdt omset yn sichtber ljocht fia de fosfor.

EL observearre er de elektroden ûnder electrolysis fanwege Rekombinaasje fan ioanen (en dus in soarte fan chemiluminescence). Under de ynfloed fan it elektrysk fjild yn 'e tinne lagen fan luminescent zink Sulfide útstjit fan ljocht komt, dat wurdt ek wol oantsjutten as electroluminescence.

In grut oantal materialen emits luminescence ûnder de ynfloed fan fersneld elektroanen - diamant, robyn, crystal fosfor en beskate komplekse platina sâlt. De earste praktyske tapassing fan cathodoluminescence - Oscilloscope (1897). Similar screens brûkende ferbettere kristallijn phosphors wurde brûkt yn televyzjes, radars, oscilloscopes en elektron mikroskopen.

fan radio

Radioactive eleminten kinne emit alpha dieltsjes (helium kearnen), elektroanen en gamma rays (in hege-enerzjy elektromagnetyske strieling). Strieling luminescence - in gloed oanslein troch it radioaktive stof. Wannear't alpha dieltsje belegerje kristallijn fosfor, sichtber ûnder de mikroscoop Tiny flicker. Dat prinsipe mei help fan Ingelske natuerkundige Ernest Rutherford, om te bewizen dat it atoom hat in sintrale kearn. Self-ljochte ferve brûkt foar marking horloazjes en oare helpmiddels binne basearre op de RL. Se bestean út 'e fosfor en de radioaktive stof, bygelyks tritium of radium. Ymposant natuerlike luminescence - is de aurora borealis: radioaktive prosessen op 'e sinne emit yn romte grutte massa fan de elektroanen en ioanen. Doe't se tichterby de Ierde, syn ierdmagnetysk fjild rjochtet se oan 'e peallen. Gas-discharge prosessen yn de boppeste lagen fan de sfear en meitsje in ferneamde aurora.

Luminescence: fysika fan it proses

Útstjit fan sichtber ljocht (dws. E. Mei golflingten tusken 690 nm en 400 nm) excitation freget enerzjy, dy't bepaald wurdt op syn minst Einstein wet. Enerzjy (E) is gelyk oan Planck syn konstante (h), fermannichfâldige troch de frekwinsje fan it ljocht (ν) of har snelheid yn in fakuüm (c), ferdield troch de golflingte (λ): E = hν = HC / λ.

Sa, de enerzjy nedich foar de excitation mei rint fan 40 kilocalories (foar read) nei 60 kcal (foar giel), en 80 calorieën (nei pears) per mol fan substânsje. In oare manier útdrukkingsmiddel enerzjy - in elektron volts (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - fan 1,8 oant 3,1 eV.

De excitation enerzjy wurdt oerdroegen oan elektroanen ferantwurdlik foar de luminescence dy't springe út syn grûn nivo nei in heger ien. Dizze betingsten binne bepaald troch de wetten fan de kwantummeganika. Ferskate meganismen fan excitation hinget ôf oft it komt foar yn ien atomen en molekulen, of yn kombinaasjes fan molekulen yn it kristal. Se wurde ynlaat troch de aksje fan fersneld dieltsjes, lykas elektroanen, positive ioanen of fotoanen.

Faak hat de excitation enerzjy is gâns heger as nedich te ferheegje in elektron oan strieling. Bygelyks, fosfor luminescence kristal televyzje buroblêden, cathode elektroanen produsearre mei gemiddelde enerzjy fan 25.000 volts. Dochs, de kleur fan fluorescent ljocht is hast ûnôfhinklik fan it dieltsje enerzjy. It wurdt beynfloede troch it nivo fan de oansleine tastân fan it kristal enerzjy sintra.

fluorescent lampen

De dieltsjes, fanwege hokker luminescence foarkomt - dat bûtenste elektroanen fan de atomen of molekulen. Yn fluorescent lampen, lykas kwik atoom wurdt dreaun ûnder de ynfloed fan enerzjy 6.7 eV of mear, it opheffen fan ien fan de twa bûtenste elektroanen nei in heger nivo. Nei har weromkear nei de grûn steat it ferskil yn enerzjy wurdt ynfoege as Ultraviolet ljocht mei in golflingte fan 185 nm. De oergong tusken de basis en in oar nivo produsearret Ultraviolet strieling om 254 nm, dy't op syn bar, kinne excite oare fosfor opwekjen fan sichtber ljocht.

Dit strieling is benammen yntinsyf op lege druk kwik damp (10 ^-5 sfear) brûkt yn gas ôffier lampen fan lege druk. Sa likernôch 60% fan de elektroanemikroskoop enerzjy wurdt omset yn in monochromatic UV ljocht.

By hege druk, de frekwinsje wurdt. Spectra net mear bestiet út ien Spektrale line fan 254 nm, en de strieling enerzjy wurdt ferspraat út de Spektrale linen oerienkomme mei ferskate elektroanyske nivo 's: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 en 578 nm. Hege druk kwik lampen wurde brûkt om ferljochting, sûnt de sichtber 405-546 nm blau-grien ljocht, wylst transforming part fan de strieling yn it read ljocht mei help fan in fosfor as gefolch draait wyt.

As gas molekulen binne entûsjast, harren luminescence Spectra show brede bands; net allinne elektroanen wurde opbrocht nei it nivo hegere enerzjy mar tagelyk optein vibrational en rotational moasje fan de atomen op it gehiel. Dat komt om't vibrational en rotational enerzjy fan de molekulen binne 10 ^-2 en 10 ^-4 fan 'e oergong enerzjy, dy't optelle te bepalen in mearfâldichheid fan wat oare golflingte ûnderdielen fan ien band. De gruttere molekulen hawwe ferskate oerlaapjende strips, ien foar elke soarte fan oergong. Strieling molekulen yn oplossing advantageously ribbonlike dat feroarsake troch de ynteraksje fan in relatyf grut oantal opwûn molekulen en solvent molekulen. Yn de molekulen, lykas yn de atomen belutsen by it luminescence bûtenste elektroanen fan de molekulêre orbitals.

Fluorescence en phosphorescence

Dizze wurden komme kinne ûnderskieden wurde net allinnich basearre op de doer fan luminescence, mar ek troch syn metoade fan produksje. As in elektron is entûsjast oan in singlet steat mei amtstermyn dêryn 10 ^-8 s, wêrút it maklik werom nei de grûn, it stof emits syn enerzjy as fluorescence. By de oergong, de spin net feroarje. Basis- en optein steaten hawwe in fergelykbere mannichfâld.

Elektron, lykwols, kin ferheven ta in heger enerzjy nivo (neamd "in oansleine triplet state") mei syn rêch behanneling. Yn de kwantummeganika, de transysjes út de triplet ryk nei de singlet ferbean, en dêrom, de tiid fan harren libben folle mear. Dêrom, de luminescence yn dit gefal is folle mear lange termyn: der is phosphorescence.