Luminescence: mga uri, pamamaraan, application. Thermally stimulated luminescence ay ano?

Luminescence - ay ang pagpapalabas ng liwanag sa pamamagitan ng ilang mga materyales sa isang relatibong malamig na estado. Ito ay naiiba mula sa radiation ng maliwanag na maliwanag katawan, tulad ng pagsunog ng kahoy o uling, isang tunaw na bakal at isang wire nainitan ng isang electric kasalukuyang. luminescence emission ay sinusunod:

• sa neon at fluorescent lamp, telebisyon, radar screen at fluoroscopes;
• sa organic na mga sangkap tulad ng luminol o luciferin sa alitaptap;
• sa ilang mga kulay na ginamit sa panlabas na advertising;
• na may kidlat at aurora.

Sa lahat ng mga phenomena light emission ay hindi sanhi ng pag-init ng materyal sa itaas kuwarto temperatura, kaya ito ay tinatawag na cold light. Ang mga praktikal na halaga ng mga materyales luminescent ay ang kanilang kakayahan upang ibahin ang anyo ang hindi nakikitang anyo ng enerhiya sa nakikitang ilaw.

Pinagmumulan at proseso

luminescence kababalaghan nangyayari bilang isang resulta ng enerhiya pagsipsip materyal, halimbawa, mula sa isang pinagmulan ng ultraviolet o X-ray, elektron beam, kemikal reaksyon, at iba pa. d. Nagreresulta ito sa mga atoms na substansiya sa isang nagaganyak ng estado. Dahil ito ay hindi palagian, ang mga materyal na nagbabalik sa orihinal na katayuan, at ang buyo enerhiya ay inilabas bilang liwanag at / o init. Ang proseso ay nagsasangkot lamang ang mga panlabas na mga electron. luminescence kahusayan ay depende sa antas ng conversion ng paggulo enerhiya sa liwanag. Ang bilang ng mga materyales na magkaroon ng sapat na pagganap para sa mga praktikal na paggamit, ay relatibong maliit.

Luminescence at pagpapainit

luminescence paggulo ay hindi kaugnay sa ang paggulo ng atoms. Kapag mainit na materyales magsimulang mamula bilang isang resulta ng mga bombilya, ang kanilang mga atoms ay nasa isang excited estado. Kahit na mag-vibrate sila kahit na sa room temperatura, ito ay sapat na ang radiation naganap sa dulong infrared parang multo rehiyon. Gamit ang pagtaas ng temperatura shifts ang dalas ng electromagnetic radiation sa mga nakikitang rehiyon. Sa kabilang dako, sa napakataas na temperatura na kung saan ay binuo, halimbawa, sa shock tubes, atomic collisions ay maaaring maging kaya malakas na ang mga electron ay pinaghihiwalay mula sa kanila at muling pagsamahin, na nagpapalabas ng liwanag. Sa kasong ito, luminescence at maliwanag na maliwanag maging mahirap makilala.

Fluorescent pigments at dyes,

Maginoo pigments at tina ay may kulay bilang mapakita nila bahaging iyon ng spectrum kung saan ay komplementaryong hinihigop. Ang isang maliit na bahagi ng enerhiya ay convert sa init, ngunit ang isang makabuluhang emission nangyayari. Kung, gayunpaman, ang fluorescent pigment sumisipsip ng liwanag sa hanay ng isang partikular na lugar, maaari itong naglalabas ng photons, naiiba mula sa pagmuni-muni. Ito ay nangyayari bilang isang resulta ng mga proseso sa loob ng pangulay o pigment Molekyul, sa pamamagitan ng kung saan ultraviolet light ay maaaring convert sa nakikita, halimbawa, bughaw na ilaw. Ang nasabing luminescence pamamaraan ay ginagamit sa panlabas na advertising at sa washing powders. Sa huli kaso, ang "clarifier" nananatili sa tissue hindi lamang upang ipakita ang mga puti, ngunit din upang i-convert ultraviolet radiation sa asul, dilaw ng compensating at enhancing kaputian.

unang bahagi ng pag-aaral

Kahit na kidlat aurora at mapurol glow ng mga fireflies at fungi ay may lagi been kilala sa sangkatauhan, ang unang luminescence mga pag-aaral ay nagsimula sa mga gawa ng tao materyales, kapag Vincenzo Kaskariolo alkimiko at magsasapatos ng Bologna (Italy), noong 1603 g. Pinainitang halo ng barium sulpate (barite sa form, mabigat na spar) na may karbon. Ang pulbos na nakuha pagkatapos ng paglamig, night blue luminescence napalabas, at Kaskariolo napansin na maaari itong maibalik pamamagitan ng subjecting ang powder sa liwanag ng araw. Substansiya ay pinangalanang "lapis solaris" o sunstone, dahil alchemists umaasa na ito ay magagawang upang i-base riles sa ginto, ang simbolo ng kung saan ay ang araw. Afterglow naidulot ng interes ng maraming mga siyentipiko ng panahon, na nagbibigay sa mga materyales at iba pang mga pangalan, kabilang ang "posporus", na ibig sabihin ay "carrier ng liwanag".

Ngayon ang pangalang "posporus" ay ginagamit lamang para sa mga kemikal na sangkap, habang ang microcrystalline luminescent materyal na tinatawag na isang pospor. "Posporus" Kaskariolo, tila, ay barium sulfide. Ang unang komersyal na magagamit pospor (1870) ay naging isang "ipinta Balmain" - solusyon ng kaltsyum sulfide. Noong 1866, ito ay inilarawan sa unang stable sink sulfide pospor ng - isa sa mga pinaka-mahalaga sa modernong teknolohiya.

Ang isa sa mga unang pang-agham na pag-aaral ng luminescence, na kung saan ay ipinahayag sa nabubulok na kahoy o laman at fireflies, ay ginanap sa 1672 sa pamamagitan ng Ingles siyentipiko Robert Boyle, na, bagaman hindi niya alam ang tungkol sa biochemical pinagmulan ng liwanag na ito, gayon pa man i-set ang ilan sa mga pangunahing katangian ng bioluminescent system:

• Glow malamig;
• maaari itong pinigilan sa pamamagitan ng mga ahente ng kemikal tulad ng alkohol, hydrochloric acid at amonya;
• radiation nangangailangan ng access sa ere.

Sa mga nakaraang taon 1885-1887, ito ay siniyasat na magaspang extracts mula sa fireflies West Indian (pyrophorus) at clam Foladi kapag halo-halong ani liwanag.

Ang unang epektibong chemiluminescent materyales ay nonbiological gawa ng tao compounds tulad ng luminol, natuklasan noong 1928 taon.

Chemi- at bioluminescence

Karamihan sa mga enerhiya na inilabas sa mga reaksyon kemikal, lalo na ang oksihenasyon reaksyon, ay may anyo ng init. Sa ilang mga reaksyon, ngunit ang isang bahagi na ginagamit upang excite electron hanggang sa mas mataas na antas, at sa fluorescent molecules sa harap ng chemiluminescence (CL). Pag-aaral ipakita na CL ay isang unibersal na kababalaghan, ngunit ang luminescence intensity ay kaya maliit na ito ay nangangailangan ng ang paggamit ng mga sensitibong detector. Mayroong mga, gayunpaman, ang ilang mga compounds na nagpapakita ng matingkad CL. Ang pinakamahusay na kilala sa mga ito ay luminol, na kung saan sa oksihenasyon na may hydrogen peroxide ay maaaring magbunga ng isang malakas na asul o blue-green light. Iba pang mga lakas ng CL-sangkap - at lucigenin lofin. Sa kabila ng kanilang liwanag CL, hindi lahat ng mga ito ay epektibo sa pag-convert ng kemikal enerhiya sa liwanag, ie. K. Mas mababa sa 1% ng mga molecule naglalabas ng liwanag. Sa 1960 ito ay natagpuan na ang mga esters ng okselik acid, oxidized sa walang tubig solvents sa presensya ng mataas na fluorescent aromatic compounds naglalabas ng maliwanag na ilaw sa isang kahusayan ng 23%.

Bioluminescence ay isang espesyal na uri ng chemiluminescence catalyzed sa pamamagitan ng enzymes. Ang luminescence output sa mga reaksiyong ito ay maaaring maabot ang 100%, na nangangahulugan na ang bawat Molekyul ng luciferin reactant nagpasok nagpapalabas ng estado. Lahat ng kilala ngayon bioluminescent reaksyon catalyzed oksihenasyon reaksyon na nagaganap sa presensya ng hangin.

thermally stimulated luminescence

Thermoluminescence ay nangangahulugan na walang thermal radiation ngunit pagpapatibay sa liwanag na pagpapalabas na materyales, ang mga electron na kung saan ay nagaganyak sa pamamagitan init. Thermally stimulated luminescence sinusunod sa mga mineral at lalo na sa crystal phosphors matapos na sila ay nasasabik sa pamamagitan ng liwanag.

photoluminescence

Photoluminescence na kung saan ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng electromagnetic radiation insidente sa materyal, ay maaaring gawin sa hanay ng nakikitang liwanag sa pamamagitan ng ultraviolet sa x-ray at gamma radiation. Sa luminescence, sapilitan sa pamamagitan ng photons, haba ng daluyong ng ilaw emitted sa pangkalahatan ay katumbas ng o mas malaki kaysa sa wavelength ng kapana-panabik na (m. E. pantay sa o mas mababa kapangyarihan). Ang pagkakaiba sa wavelength na sanhi ng pagbabago ng mga papasok na enerhiya sa vibration ng mga atomo o ions. Kung minsan, na may intensive laser beam, napalabas ilaw ay maaaring magkaroon ng isang mas maikling haba ng daluyong.

Ang katotohanan na ang PL ay maaaring maging nagaganyak sa pamamagitan ng ultraviolet radiation, ay natuklasan sa pamamagitan ng Aleman pisisista Johann Ritter noong 1801, napansin niya na ang pospor glow maliwanag sa di-nakikitang rehiyon ng purple bahagi ng spectrum, at sa gayon ay binuksan ang UV radiation. Ang conversion ng UV sa nakikitang liwanag ay ng mahusay na mga praktikal na kahalagahan.

Gamma at x-ray excite phosphors, at iba pang mala-kristal na materyales sa luminescence estado sa pamamagitan ng ionization proseso na sinusundan ng recombination ng mga electron at ions, kung saan luminescence nangyayari. Ang paggamit ng mga ito ay sa fluoroscopy ginagamit sa radiology, at luningning counter. Ang huling record at sukatin ang gamma radiation nakadirekta sa isang disc na pinahiran na may pospor, na kung saan ay sa optical contact na may ang ibabaw ng photomultiplier.

triboluminescence

Kapag ang mga kristal ng ilang mga sangkap, tulad ng sugars, durog, nakikita spark. Ang parehong ay sinusunod sa maraming mga organic at tulagay sangkap. Ang lahat ng mga uri ng luminescence nabuo sa pamamagitan ng positibo at negatibong electric charges. Kamakailang mga nagawa sa pamamagitan ng makina paghihiwalay ibabaw sa proseso pagkikristal. Banayad na pagpapalabas pagkatapos ay tumatagal ng lugar sa pamamagitan ng discharging - alinman direkta sa pagitan ng mga moieties ng mga molecule, alinman sa pamamagitan ng paggulo ng luminescence ng kapaligiran na malapit sa pinaghiwalay surface.

electroluminescence

Bilang thermoluminescence, electroluminescence (EL), ang terminong may kasamang iba't-ibang uri ng luminescence karaniwang tampok ng kung saan ay na ilaw ay emitted kapag ang isang electric discharge sa gas, likido at solid materyales. Sa 1752 Bendzhamin Franklin itinatag ang luminescence ng kidlat-sapilitan electrical discharge sa pamamagitan ng kapaligiran. Sa 1860, ang discharge lamp ay unang nagpakita sa Royal Society of London. Siya na ginawa ng isang maliwanag na puting ilaw na may isang mataas na boltahe discharge sa pamamagitan ng carbon dioxide sa mababang presyon. Modern fluorescent lamp ay batay sa isang kumbinasyon ng electroluminescence at photoluminescence mercury atom ay nasasabik sa pamamagitan electric discharge ilawan, ang ultraviolet radiation emitted sa pamamagitan ng mga ito ay convert sa nakikitang liwanag sa pamamagitan ng pospor.

EL-obserbahan sa electrodes sa panahon ng elektrolisis dahil sa recombination ng ions (at sa gayon ay isang uri ng chemiluminescence). Sa ilalim ng impluwensiya ng electric field sa manipis na layer ng luminescent sink sulfide pagpapalabas ng liwanag ay nangyayari, na kung saan ay din tinutukoy bilang electroluminescence.

Ang isang malaking bilang ng mga materyales emits luminescence ilalim ng impluwensiya ng pinabilis na mga electron - diyamante, ruby, kristal posporus at ilang mga kumplikadong platinum asin. Ang unang praktikal na aplikasyon ng cathodoluminescence - osiloskoup (1897). Katulad na mga screen gamit pinabuting mala-kristal phosphors ay ginagamit sa telebisyon, radar, mga oscilloscopes at elektron microscopes.

ng radio

Radioactive sangkap na maaari naglalabas ng alpha particle (helium nuclei), electron at gamma ray (isang mataas na enerhiya na electromagnetic radiation). Radiation luminescence - isang glow nasasabik sa pamamagitan ng radioactive na substansiya. Kapag alpha particle manganyon mala-kristal na pospor, makikita sa ilalim ng mikroskopyo maliliit na kurap. Ang alituntuning ito gamit ang Ingles pisisista Ernest Rutherford, upang patunayan na ang mga atom ay may central core. Self-makinang pintura na ginagamit para sa pagmamarka ng mga relo at iba pang mga kasangkapan ay batay sa mga RL. Binubuo ang mga ito ng pospor at ang radioactive na sangkap, halimbawa tritiyum o radyum. Kahanga-hangang likas na luminescence - ay ang aurora borealis: radioactive proseso sa sun naglalabas sa espasyo malaking masa ng mga electron at ions. Pagka sila'y lumalapit sa Earth, ang geomagnetiko field namumuno sa kanila sa pole. Gas-naglalabas proseso sa itaas na layer ng kapaligiran at lumikha ng isang sikat na aurora.

Luminescence: physics ng proseso

Pagpapalabas ng nakikitang ilaw (ie. E. Sa mga wavelength sa pagitan ng 690 nm at 400 nm) paggulo ay nangangailangan ng enerhiya, na kung saan ay natukoy ng hindi bababa sa Einstein batas. Energy (E) ay katumbas ng Planck 's tapat (h), multiply sa dalas ng liwanag (ν) o bilis nito sa isang vacuum (c), na hinati sa haba ng daluyong (λ): E = hν = hc / λ.

Kaya, ang enerhiya na kinakailangan para sa paggulo umaabot mula 40 kilocalories (para pula) sa 60 kcal (para sa dilaw), at 80 calories (upang purple) sa bawat mol ng sangkap. Ang isa pang paraan ng pagpapahayag ng enerhiya - sa volts elektron (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - 1.8-3.1 EV.

Ang paggulo enerhiya ay ililipat sa mga electron na responsable para sa luminescence na tumalon mula sa ground level sa isang mas mataas na isa. Ang mga kondisyon ay natutukoy sa pamamagitan ng mga batas ng quantum mechanics. Iba't-ibang mga mekanismo ng paggulo ay depende sa kung ito ay nangyayari sa solong atom at molecule, o sa mga kumbinasyon ng mga molecule sa kristal. Ang mga ito ay pinasimulan sa pamamagitan ng mga pagkilos ng pinabilis na mga particle, tulad ng mga electron, positibong ions o photons.

Kadalasan, ang paggulo enerhiya ay makabuluhang mas mataas kaysa sa kinakailangan upang taasan ang isang elektron sa radiation. Halimbawa, pospor luminescence screen crystal telebisyon, katod electron na ginawa na may ibig sabihin energies ng 25,000 volts. Gayunpaman, ang kulay ng fluorescent light ay halos independiyenteng ng maliit na butil na enerhiya. Ito ay naiimpluwensyahan ng ang antas ng nagaganyak ng estado ng mga sentro ng kristal enerhiya.

fluorescent lamp

Ang mga particle, dahil sa kung saan luminescence ay nangyayari - ito outer electron ng mga atoms o molecules. Sa fluorescent lamp, tulad ng atom mercury ay hinihimok sa ilalim ng impluwensiya ng enerhiya 6.7 eV o higit pa, pag-aangat ng isa sa dalawang panlabas na mga electron sa isang mas mataas na antas. Pagkatapos ng kanyang bumalik sa estado lupa ang pagkakaiba sa enerhiya ay ibinubuga ng ultraviolet light na may isang haba ng daluyong ng 185 nm. Ang transition sa pagitan ng mga base at isa pang antas gumagawa ultraviolet radiation sa 254 nm, na siya namang, maaari excite ibang pospor bumubuo nakikitang liwanag.

radiation Ito ay partikular na matinding sa mababang presyon ng mercury singaw (10 ^-5 kapaligiran) na ginagamit sa gas discharge lamps ng mababang presyon. Kaya halos 60% ng mga elektron enerhiya ay convert sa isang ng isang kulay UV light.

Sa mataas na presyon, ang dalas pinatataas. Spectra ay hindi na binubuo ng isang parang multo linya ng 254 nm, at ang radiation enerhiya ay ipinamamahagi mula sa mga multo linya naaayon sa iba't ibang mga elektronikong mga antas: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 at 578 nm. Mataas na presyon ng mercury lamp ay ginagamit para sa pagbibigay-liwanag, dahil sa nakikitang 405-546 nm blue-green light, habang pagbabago bahagi ng radiation sa pulang ilaw gamit ang isang pospor bilang isang resulta ay lumiliko puti.

Kapag gas molecules ay nagaganyak, ang kanilang luminescence spectra ipakita ang malawak na banda; hindi lamang mga electron ay itataas sa antas ng mas mataas na enerhiya ngunit sabay-sabay nasasabik vibrational at paikot na paggalaw ng atom sa kabuuan. Ito ay dahil vibrational at paikot na enerhiya ng molecules ay 10 ^-2 at 10 ^-4 ng mga enerhiya transition, na magdagdag ng hanggang sa tukuyin ang isang mayorya ng bahagyang iba't ibang mga wavelength ng mga bahagi ng isang solong band. Ang mas malaking molecules ay may ilang mga nagpapang-abot na piraso, isa para sa bawat uri ng transition. Radiation molecules sa solusyon advantageously ribbonlike na dulot ng pakikipag-ugnayan ng isang relatibong malaking bilang ng mga excited molecules at pantunaw molecules. Sa molecule, tulad ng sa mga atom kasangkot sa luminescence outer electron ng molecular orbital.

Ilaw at phosphorescence

Ang mga katagang ito ay maaaring mukhang mahal hindi lamang batay sa tagal ng luminescence, ngunit din sa pamamagitan ng kanyang paraan ng produksyon. Kapag ang isang elektron ay nasasabik sa isang singlet estado sa panahon ng panunungkulan doon 10 ^-8 s, mula sa kung saan ay madaling ito ay babalik sa lupa, ang mga sangkap emits kanyang enerhiya tulad ng pag-ilaw. Sa panahon ng transisyon, ang spin ay hindi magbago. Basic at excited estado ay may isang katulad na takot na dami.

Electron, gayunpaman, ay maaaring itataas sa isang mas mataas na antas ng enerhiya (tinatawag na "isang natutuwa sa tatlong magkakakambal estado") na may kanyang likod paggamot. Sa quantum mechanics, ang transition mula sa estado triplet sa singlet ipinagbabawal, at sa gayon, ang oras ng kanilang buhay marami pang iba. Samakatuwid, ang luminescence sa kasong ito ay mas matagal na kataga: may phosphorescence.