Luminescence: jenis, kaedah, dan aplikasi. Haba luminescence dirangsang - apakah ini?

Luminescence - adalah pancaran cahaya oleh bahan-bahan tertentu dalam keadaan yang agak sejuk. Ia berbeza daripada radiasi badan pijar, seperti kayu membakar atau arang batu, besi tuangan, dan wayar dipanaskan oleh arus elektrik. pelepasan luminescence diperhatikan:

• dalam neon neon dan lampu, televisyen, skrin radar dan fluoroscopes;
• dengan bahan-bahan organik seperti luminol atau luciferin dalam kelip-kelip;
• dalam pigmen tertentu yang digunakan dalam pengiklanan luar;
• dengan kilat dan aurora.

Dalam semua fenomena ini pancaran cahaya yang tidak disebabkan oleh pemanasan bahan di atas suhu bilik, jadi ia dipanggil cahaya sejuk. Nilai praktikal bahan pendarkilau adalah kemampuan mereka untuk mengubah bentuk yang tidak dapat dilihat tenaga kepada cahaya yang boleh dilihat.

Sumber dan proses

fenomena luminescence berlaku akibat bahan penyerapan tenaga, contohnya, dari sumber ultraviolet atau X-ray, rasuk elektron, tindak balas kimia, dan sebagainya. d. Ini keputusan dalam atom bahan kepada keadaan teruja. Kerana ia adalah tidak stabil, pulangan material kepada keadaan asalnya, dan tenaga yang diserap dilepaskan sebagai cahaya dan / atau haba. Proses ini melibatkan hanya elektron luar. kecekapan luminescence bergantung kepada tahap penukaran tenaga pengujaan kepada cahaya. Bilangan bahan-bahan yang mempunyai prestasi yang mencukupi untuk kegunaan praktikal, adalah agak kecil.

Luminescence dan pijaran

luminescence pengujaan tidak berkaitan dengan pengujaan atom. Apabila bahan-bahan panas mula bersinar hasil daripada mentol, atom mereka berada di dalam keadaan teruja. Walaupun mereka bergetar walaupun pada suhu bilik, ia sudah cukup bahawa radiasi yang berlaku di rantau spektrum inframerah jauh. Dengan peningkatan suhu beralih kekerapan sinaran elektromagnet dalam kawasan yang boleh dilihat. Sebaliknya, pada suhu yang sangat tinggi yang dijana, sebagai contoh, dalam tiub kejutan, perlanggaran atom boleh menjadi begitu kuat bahawa elektron dipisahkan dari mereka dan bergabung semula, mengeluarkan cahaya. Dalam kes ini, luminescence dan pijar tidak dapat dibezakan.

pigmen pendarfluor dan pewarna,

pigmen konvensional dan pewarna mempunyai warna kerana mereka menggambarkan bahawa sebahagian daripada spektrum yang merupakan pelengkap diserap. Sebahagian kecil daripada tenaga ditukar menjadi haba, tetapi pelepasan yang ketara berlaku. Jika, bagaimanapun, pigmen fluorescent menyerap cahaya dalam lingkungan kawasan tertentu, ia boleh mengeluarkan foton, berbeza daripada pemikiran. Ini berlaku akibat daripada proses dalam pewarna atau pigmen molekul, yang mana cahaya ultraungu boleh ditukar menjadi kelihatan, sebagai contoh, cahaya biru. kaedah luminescence tersebut digunakan dalam pengiklanan luar dan di basuh serbuk. Dalam kes kedua, yang "clarifier" kekal dalam tisu bukan sahaja untuk mencerminkan putih, tetapi juga untuk menukar sinaran ultraviolet ke dalam biru, kuning pampasan dan meningkatkan keputihan.

kajian awal

Walaupun aurora kilat dan cahaya membosankan kelip-kelip dan kulat sentiasa dikenali kepada manusia, kajian luminescence pertama bermula dengan bahan sintetik, apabila Vincenzo Kaskariolo alkimia dan tukang kasut Bologna (Itali), pada tahun 1603 g. Campuran dipanaskan barium sulfat (barit dalam bentuk, spar berat) dengan arang batu. Serbuk diperolehi selepas penyejukan, malam luminescence biru dipancarkan, dan Kaskariolo menyedari bahawa ia boleh dipulihkan dengan menundukkan serbuk kepada cahaya matahari. Bahan ini telah dinamakan sebagai "lapis solaris" atau sunstone, kerana alkimia berharap ia mampu untuk menjadikan logam asas menjadi emas, simbol yang adalah matahari. Afterglow telah menyebabkan minat ramai saintis tempoh, memberi bahan dan nama-nama lain, termasuk "fosforus", yang bermaksud "pembawa cahaya".

Hari ini nama "fosforus" hanya digunakan untuk unsur kimia, manakala bahan microcrystalline pendarkilau dipanggil fosfor. "Fosforus" Kaskariolo, nampaknya, adalah sulfida barium. The phosphor boleh didapati secara komersial pertama (1870) menjadi "cat Balmain" - penyelesaian kalsium sulfida. Pada tahun 1866, ia telah diterangkan dalam phosphor stabil zink sulfida pertama - salah satu yang paling penting dalam teknologi moden.

Salah satu kajian saintifik pertama luminescence, yang ditunjukkan pada kayu reput atau daging dan kelip-kelip, telah dilaksanakan di 1672 oleh ahli sains Inggeris Robert Boyle, yang, walaupun dia tidak tahu tentang asal biokimia cahaya ini, namun menetapkan beberapa sifat-sifat asas sistem Bioluminescent:

• Glow sejuk;
• ia boleh ditindas oleh bahan kimia seperti alkohol, asid hidroklorik dan ammonia;
• radiasi memerlukan akses kepada udara.

Pada tahun-tahun 1885-1887, ia telah diperhatikan bahawa ekstrak mentah dari kelip-kelip West India (pyrophorus) dan kerang Foladi apabila dicampur cahaya hasil.

Bahan chemiluminescent berkesan pertama sebatian sintetik nonbiological seperti luminol, ditemui pada tahun 1928 tahun.

Chemi- dan bioluminescence

Sebahagian besar daripada tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas kimia, terutamanya tindak balas pengoksidaan, mempunyai bentuk haba. Banyak tindak balas, tetapi sebahagian digunakan untuk merangsang elektron sehingga tahap yang lebih tinggi, dan dalam molekul kalimantang sebelum chemiluminescence yang (CL). Kajian menunjukkan bahawa CL adalah satu fenomena universal, tetapi kekuatan luminescence adalah begitu kecil bahawa ia memerlukan penggunaan pengesan sensitif. Terdapat, bagaimanapun, beberapa sebatian yang mempamerkan terang CL. Yang paling terkenal di antaranya ialah luminol, yang apabila pengoksidaan dengan hidrogen peroksida boleh menghasilkan cahaya biru atau biru-hijau yang kuat. kekuatan lain CL-bahan - dan lofin lucigenin. Walaupun CL kecerahan mereka, tidak semua daripada mereka adalah berkesan untuk menukarkan tenaga kimia kepada cahaya, iaitu. K. Kurang daripada 1% daripada molekul memancarkan cahaya. Pada tahun 1960 ia telah mendapati bahawa ester asid oksalik, teroksida dalam pelarut anhydrous dengan kehadiran sebatian aromatik sangat neon memancarkan cahaya terang dengan kecekapan 23%.

Bioluminescence adalah jenis khas chemiluminescence dimangkinkan oleh enzim. Output luminescence tindak balas ini boleh mencapai 100%, yang bermaksud bahawa setiap molekul luciferin reactant memasuki pemancar negeri. Semua dikenali hari ini reaksi Bioluminescent pemangkin tindak balas pengoksidaan yang berlaku di hadapan udara.

luminescence haba dirangsang

Thermoluminescence bermakna tiada sinaran haba tetapi mengukuhkan bahan pancaran cahaya, elektron yang teruja dengan haba. Haba dirangsang luminescence diperhatikan dalam beberapa mineral dan terutamanya di fosfor kristal selepas mereka telah teruja dengan cahaya.

photoluminescence

Photoluminescence yang berlaku di bawah tindakan kejadian sinaran elektromagnet pada bahan, boleh dibuat dalam lingkungan cahaya yang boleh dilihat melalui ultraviolet untuk x-ray dan radiasi gamma. Dalam luminescence, didorong oleh foton, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan secara umumnya sama dengan atau lebih besar daripada panjang gelombang menarik di (m. E. Sama dengan atau kurang kuasa). Ini perbezaan dalam panjang gelombang yang disebabkan oleh perubahan tenaga yang masuk ke dalam getaran atom atau ion. Kadang-kadang, dengan laser rasuk intensif, cahaya yang dipancarkan boleh mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek.

Hakikat bahawa PL boleh teruja dengan sinaran ultraungu, telah ditemui oleh ahli fizik Jerman Johann Ritter pada tahun 1801, beliau mendapati bahawa fosfor bersinar terang di rantau ini tidak kelihatan bahagian ungu spektrum, dan dengan itu membuka sinaran UV. Penukaran UV untuk cahaya yang boleh dilihat adalah amat praktikal yang besar.

Gamma dan x-ray membangkitkan fosfor, dan bahan-bahan kristal lain menyatakan luminescence itu melalui proses pengionan diikuti oleh penggabungan semula elektron dan ion, di mana luminescence berlaku. Penggunaan di fluoroscopy digunakan dalam radiologi, dan kaunter sintilasi. Rekod terakhir dan mengukur radiasi gamma yang diarahkan pada cakera disalut dengan fosfor, yang bersentuh optik dengan permukaan photomultiplier itu.

triboluminescence

Apabila kristal beberapa bahan-bahan, seperti gula, dihancurkan, bunga api kelihatan. Yang sama diperhatikan dalam banyak bahan-bahan organik dan bukan organik. Semua jenis luminescence dihasilkan oleh cas elektrik positif dan negatif. Baru-baru ini yang dihasilkan oleh permukaan pemisahan mekanikal dalam proses penghabluran. pancaran cahaya yang kemudian berlaku dengan menunaikan - sama ada secara langsung antara moieties molekul, sama ada melalui pengujaan luminescence atmosfera berhampiran permukaan dipisahkan.

Electroluminescence

Sebagai thermoluminescence, Electroluminescence (EL), istilah termasuk pelbagai jenis luminescence biasa dalam yang cahaya yang dipancarkan apabila nyahcas elektrik dalam gas, cecair dan bahan-bahan pepejal. Pada tahun 1752, Benjamin Franklin menubuhkan luminescence pelepasan elektrik kilat yang disebabkan melalui atmosfera. Pada tahun 1860, lampu pelepasan pertama kali ditunjukkan dalam Royal Society of London. Dia dihasilkan cahaya putih yang terang dengan menunaikan voltan yang tinggi melalui karbon dioksida pada tekanan rendah. lampu neon moden adalah berdasarkan kepada gabungan Electroluminescence dan photoluminescence merkuri atom teruja dengan lampu nyahcas elektrik, radiasi ultraungu yang dipancarkan oleh mereka ditukarkan kepada cahaya yang boleh dilihat melalui fosfor.

EL diperhatikan pada elektrod semasa elektrolisis kerana penggabungan semula ion (dan dengan itu sejenis chemiluminescence). Di bawah pengaruh medan elektrik dalam lapisan nipis pelepasan sulfida pendarkilau zink cahaya berlaku, yang juga dirujuk sebagai Electroluminescence.

Sebilangan besar bahan mengeluarkan luminescence bawah pengaruh elektron dipercepatkan - berlian, ruby, fosforus kristal dan tertentu garam platinum kompleks. Permohonan pertama praktikal cathodoluminescence - Osiloskop (1897). skrin sama menggunakan fosfor kristal lebih baik digunakan dalam televisyen, radar, osiloskop dan mikroskop elektron.

radio

unsur-unsur radioaktif dapat memancarkan zarah alfa (nukleus helium), elektron dan sinar gamma (a sinaran elektromagnet bertenaga tinggi). Sinaran luminescence - cahaya teruja dengan bahan radioaktif. Apabila alpha zarah membedil phosphor kristal, boleh dilihat di bawah kerlipan mikroskop kecil. Prinsip ini menggunakan Bahasa Inggeris fizik Ernest Rutherford, untuk membuktikan bahawa atom mempunyai teras pusat. cat bercahaya sendiri digunakan untuk menandakan jam tangan dan alat-alat lain adalah berdasarkan RL. Mereka terdiri daripada fosfor dan bahan radioaktif, sebagai contoh tritium atau radium. Mengagumkan luminescence semula jadi - adalah borealis aurora: proses radioaktif ke atas matahari memancarkan ke angkasa ramai yang besar elektron dan ion. Apabila mereka datang ke Bumi, medan geomagnetik yang menghantarnya ke kutub. proses pelepasan gas dalam lapisan atas atmosfera dan mewujudkan aurora terkenal.

Luminescence: fizik proses

Pelepasan cahaya yang boleh dilihat (iaitu. E. Dengan panjang gelombang antara 690 nm dan 400 nm) pengujaan memerlukan tenaga, yang ditentukan pada undang-undang Einstein kurangnya. Tenaga (E) adalah sama dengan pemalar Planck (h), didarabkan dengan frekuensi cahaya (ν) atau kelajuannya dalam vakum (c), dibahagikan dengan panjang gelombang (λ): E = hν = hc / λ.

Oleh itu, tenaga yang diperlukan untuk pengujaan ini adalah dari 40 kilokalori (untuk merah) 60 kcal (untuk kuning), dan 80 kalori (ungu) per mol bahan. Satu lagi cara untuk menyatakan tenaga - dalam volt elektron (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - 1,8-3,1 eV.

Tenaga pengujaan dipindahkan kepada elektron bertanggungjawab luminescence yang melompat dari paras tanah untuk satu yang lebih tinggi. Syarat-syarat ini ditentukan oleh undang-undang mekanik kuantum. Pelbagai mekanisme pengujaan bergantung kepada sama ada ia berlaku pada atom tunggal dan molekul, atau dalam gabungan molekul dalam kristal. Mereka yang dimulakan oleh tindakan zarah dipercepatkan, seperti elektron, ion positif atau foton.

Selalunya, tenaga pengujaan adalah jauh lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk menaikkan elektron kepada radiasi. Sebagai contoh, phosphor luminescence skrin televisyen Kristal, elektron katod dihasilkan dengan tenaga min 25,000 volt. Walau bagaimanapun, warna cahaya neon adalah hampir bebas daripada tenaga zarah. Ia dipengaruhi oleh tahap keadaan teruja pusat tenaga kristal.

lampu neon

Zarah, kerana yang luminescence berlaku - ini elektron luar atom atau molekul. Dalam lampu neon, seperti atom raksa dipandu di bawah pengaruh tenaga 6.7 eV atau lebih, mengangkat salah satu daripada dua elektron luar ke tahap yang lebih tinggi. Selepas kembali kepada keadaan asas perbezaan dalam tenaga dipancarkan sebagai cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 185 nm. Peralihan antara asas dan tahap yang lain menghasilkan sinaran ultraungu pada 254 nm, yang seterusnya, boleh merangsang penjanaan phosphor lain cahaya yang boleh dilihat.

radiasi ini amat sengit pada tekanan rendah wap raksa (10 ^-5 suasana) yang digunakan dalam lampu nyahcas gas tekanan rendah. Oleh itu kira-kira 60% daripada tenaga elektron ditukarkan kepada cahaya UV monokromatik.

Pada tekanan tinggi, kekerapan meningkat. Spectra tidak lagi terdiri daripada satu garis spektrum 254 nm, dan tenaga sinaran diedarkan dari garis spektrum yang sepadan dengan tahap elektronik lain: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 dan 578 nm. lampu merkuri tekanan tinggi digunakan untuk pencahayaan, kerana 405-546 nm cahaya biru-hijau yang boleh dilihat, manakala mengubah sebahagian daripada radiasi di lampu merah menggunakan fosfor yang hasilnya bertukar putih.

Apabila molekul gas teruja, spektrum luminescence mereka tunjukkan band luas; bukan sahaja elektron dinaikkan kepada tahap tenaga yang lebih tinggi tetapi pada masa yang sama teruja pergerakan getaran dan putaran atom pada keseluruhannya. Ini kerana tenaga getaran dan putaran molekul 10 ^-2 dan 10 ^-4 daripada tenaga peralihan, yang menambah sehingga untuk menentukan kejamakan komponen panjang gelombang yang sedikit berbeza daripada band tunggal. Molekul yang lebih besar mempunyai beberapa jalur bertindih, satu untuk setiap jenis peralihan. molekul radiasi dalam penyelesaian advantageously ribbonlike yang disebabkan oleh interaksi jumlah yang agak besar molekul teruja dan molekul pelarut. Dalam molekul, seperti dalam atom yang terlibat dalam luminescence elektron luar orbital molekul.

Pendarfluor dan pendar

Terma dapat dibezakan bukan sahaja berdasarkan kepada tempoh luminescence, tetapi juga dengan kaedah pengeluarannya. Apabila elektron teruja kepada keadaan singlet dengan tempoh dalamnya 10 ^-8 s, dari mana ia boleh kembali ke tanah, bahan yang mengeluarkan tenaga sebagai pendarfluor. Semasa peralihan, putaran tidak berubah. negeri asas dan teruja mempunyai kepelbagaian yang sama.

Elektron, bagaimanapun, boleh dinaikkan ke tahap yang lebih tinggi tenaga (dipanggil "yang triplet keadaan teruja") dengan rawatan belakangnya. Dalam mekanik kuantum, peralihan dari negeri triplet untuk singlet yang dilarang, dan oleh itu, masa hidup mereka banyak lagi. Oleh itu, luminescence dalam kes ini adalah lebih jangka panjang: ada pendar.