Luminessensie: tipes, metodes, en aansoeke. Termies gestimuleer luminessensie - wat is dit?

Luminessensie - is die vrystelling van lig deur sekere materiaal in 'n relatief koue toestand. Dit verskil van die bestraling van gloeilamp liggame, soos brandende hout of steenkool, 'n gegote yster en 'n draad deur 'n elektriese stroom verhit. luminessensie emissie waargeneem:

• in neon en lampe, televisies, radar skerms en fluo rosco;
• in organiese stowwe soos luminol of lusiferien in vuurvliegies;
• in sekere pigmente gebruik in die buitelug-advertensies;
• met weerlig en Aurora.

In al hierdie verskynsels is lig-emissie nie veroorsaak word deur die verhitting van die materiaal hierbo kamertemperatuur, so dit is koud lig genoem. Die praktiese waarde van die liggewende materiaal is hul vermoë om die onsigbare vorm van energie te omskep in sigbare lig.

Bronne en proses

luminessensie verskynsel kom voor as gevolg van energie opname materiaal, byvoorbeeld, uit 'n bron van ultraviolet of X-strale, elektron balke, chemiese reaksies, en so aan. d. Dit lei tot die stof atome om 'n opgewekte toestand. Want dit is onstabiel, is die materiaal terug na sy oorspronklike toestand, en die geabsorbeer energie vrygestel as lig en / of hitte. Die proses behels slegs die buitenste elektrone. luminessensie doeltreffendheid hang af van die graad van sukses van opwekking van energie in lig. Die aantal materiale wat voldoende prestasie het vir praktiese gebruik, is relatief klein.

Luminessensie en gloeiing

luminessensie opwekking is nie verband hou met die opwekking van atome. Wanneer warm materiaal begin gloei as gevolg van bolle, hul atome in 'n opgewekte toestand. Hoewel hulle vibreer selfs teen kamertemperatuur, dit is genoeg dat die bestraling het in die ver infrarooi spektrale streek. Met toename in temperatuur verskuif die frekwensie van elektromagnetiese straling in die sigbare gebied. Aan die ander kant, teen 'n baie hoë temperature wat gegenereer word, byvoorbeeld, in skok buise, atoom botsings kan so sterk wees dat die elektrone van hulle geskei en herkombineer, afgee lig. In hierdie geval, luminessensie en gloeilamp word onderskei.

Fluorescent pigmente en kleurstowwe,

Konvensionele pigmente en kleurstowwe het kleur as hulle dink dat 'n deel van die spektrum wat aanvullend geabsorbeer. 'N Klein gedeelte van die energie word omgeskakel na hitte, maar 'n beduidende emissie plaasvind. As jy egter die fluorescent pigment absorbeer lig in die reeks van 'n bepaalde gebied, kan dit fotone, anders as weerspieëling uitstraal. Dit kom voor as gevolg van prosesse binne die kleurstof of pigment molekule, waardeur ultravioletlig kan omskep word in sigbare, byvoorbeeld, blou lig. Soos luminessensie metodes word gebruik in die buitelug-advertensies en in waspoeiers. In die laasgenoemde geval, die "Verduideliker" bly in die weefsel nie net om die wit weerspieël nie, maar ook aan ultraviolet bestraling te omskep in blou, geel van vergoeding en die verbetering van witheid.

vroeë studies

Hoewel weerlig Aurora en dowwe gloed van vuurvliegies en swamme was nog altyd bekend aan die mensdom, die eerste luminessensie studies begin met die sintetiese materiaal, wanneer Vincenzo Kaskariolo alchemis en skoenmaker van Bologna (Italië), in 1603 g. Verhitte mengsel van bariumsulfaat (bariet in die vorm, swaar Spar) met steenkool. Die verkry na afkoeling poeier, nag blou luminessensie uitgestraal, en Kaskariolo opgemerk dat dit kan herstel word deur die onderwerping van die poeier aan sonlig. Die stof is vernoem "lapis Solaris" of Sunstone, want alchemiste het gehoop dat dit in staat is om basismetale in goud, die simbool van wat die son. Nagloed het die belangstelling van baie wetenskaplikes van die tydperk, gee materiaal en ander name, insluitende "fosfor", wat "draer van lig" beteken veroorsaak.

Vandag is die naam "fosfor" is slegs gebruik word vir die chemiese element, terwyl die mikrokristallyne liggewende materiaal 'n fosfor genoem. "Fosfor" Kaskariolo, blykbaar, was barium sulfied. Die eerste kommersieel beskikbare fosfor (1870) het 'n "verf Balmain" - oplossing van kalsium sulfied. In 1866, was dit beskryf in die eerste stabiele sink sulfied fosfor van - een van die belangrikste in die moderne tegnologie.

Een van die eerste wetenskaplike studies van die luminessensie, wat gemanifesteer by verrottende hout of vleis en vuurvliegies, is uitgevoer in 1672 deur die Engelse wetenskaplike Robert Boyle, wat, hoewel hy nie geweet het oor die biochemiese oorsprong van hierdie lig, nog stel sommige van die basiese eienskappe van Bioluminescent stelsels:

• Gloei koue;
• dit kan onderdruk word deur chemiese middels soos alkohol, soutsuur en ammoniak;
• bestraling vereis toegang tot die lug.

In die jare 1885-1887, is dit opgemerk dat ru-uittreksels uit vuurvliegies West Indies (pyrophorus) en clam Foladi wanneer gemeng produseer lig.

Die eerste doeltreffende chemiluminescent materiaal was nonbiological sintetiese verbindings soos luminol, in 1928 jaar ontdek.

Chemi- en bioluminescentie

Die meeste van die energie wat vrygestel word in die chemiese reaksies, veral oksidasiereaksies, het die vorm van hitte. In sommige reaksies, maar 'n gedeelte wat gebruik word om elektrone tot hoër vlakke, en in fluorescent molekules opgewonde voor die chemiluminisensie (CL). Studies toon dat CL is 'n universele verskynsel, maar die luminessensie intensiteit is so klein dat dit vereis dat die gebruik van sensitiewe toerusting. Daar is egter 'n paar van die verbindings wat aanskoulike CL uitstal. Die bekendste hiervan is luminol, wat op oksidasie met waterstofperoksied n sterk blou of blou-groen lig kan oplewer. Ander sterkpunte van CL-stowwe - en lucigenin lofin. Ten spyte van hul helderheid CL, nie almal van hulle is effektief by die omskakeling van chemiese energie in lig, dit wil sê. K. Minder as 1% van die molekules lig uitstraal. In die 1960's is daar gevind dat die esters van oksaalsuur, geoksideer in anhidriese oplosmiddels in die teenwoordigheid van hoogs fluorescent aromatiese verbindings vrystel helder lig met 'n doeltreffendheid van 23%.

Bioluminescentie is 'n spesiale tipe van chemiluminisensie gekataliseer deur ensieme. Die luminessensie uitset van hierdie reaksies kan 100% te bereik, wat beteken dat elke molekule van lusiferien reaktant binnedring afgee staat. Alle bekende vandag Bioluminescent reaksie gekataliseer oksidasie reaksies wat in die teenwoordigheid van lug.

termies gestimuleer luminessensie

Termoluminessensie beteken geen hitte bestraling, maar die versterking van die lig-emissie materiaal, die elektrone wat opgewonde oor hitte. Termies gestimuleer luminessensie waargeneem in sommige minerale en veral in kristal fosfors nadat hulle opgewonde oor die lig.

photoluminescence

Photoluminescence wat plaasvind onder die optrede van elektromagnetiese bestraling voorval op die materiaal, kan gemaak word in die reeks van sigbare lig deur die ultraviolet om x-strale en gammastrale. In luminessensie, veroorsaak deur fotone, golflengte van lig wat uitgestraal word is oor die algemeen gelyk aan of groter is as die golflengte van die opwindende (m. E. gelyk aan of minder krag). Hierdie verskil in golflengte wat veroorsaak word deur die transformasie van die inkomende energie in vibrasies van atome of ione. Soms, met intensiewe laserstraal, uitgestraal lig kan 'n korter golflengte het.

Die feit dat die PL kan opgewonde oor ultraviolet bestraling, is ontdek deur die Duitse fisikus Johann Ritter in 1801, het hy opgemerk dat die fosfors gloei helder in die onsigbare deel van die pers deel van die spektrum, en dus het die UV-straling. Die omskakeling van UV om sigbare lig is van groot praktiese belang.

Gamma en x-strale opgewonde fosfors, en ander kristallyne materiale om die luminessensie staat deur ionisasie proses wat gevolg is deur rekombinasie van elektrone en ione, waardeur luminessensie plaasvind. Die gebruik daarvan is in fluoroskopie gebruik in radiologie en sintillasie tellers. Die laaste rekord en meet die gammastraling gerig op 'n skyf bedek met 'n fosfor, wat in optiese kontak met die oppervlak van die fotomultiplicator.

triboluminescence

Wanneer die kristalle van sommige stowwe, soos suiker, gekneus, sigbaar vonk. Dieselfde waargeneem word in baie organiese en anorganiese stowwe. Al hierdie tipes luminessensie gegenereer word deur die positiewe en negatiewe elektriese ladings. Onlangse wat deur meganiese skeiding oppervlaktes in die kristallisasie proses. Lig-emissie vind dan plaas deur die nakoming - hetsy direk tussen die helftes van die molekules, hetsy deur opwekking van luminessensie van die atmosfeer naby die geskei oppervlak.

electroluminescentie

As termoluminessensie, electroluminescentie (EL), die term sluit verskeie soorte luminessensie algemene kenmerk van wat daardie lig uitgestraal wanneer 'n elektriese ontlading in gasse, vloeistowwe en vaste stowwe. In 1752 gestig Bendzhamin Franklin die luminessensie van weerlig veroorsaak elektriese ontlading deur die atmosfeer. In 1860, was die ontslag lamp eerste gedemonstreer in die Royal Society van Londen. Sy het 'n helder wit lig met 'n hoë spanning ontslag deur die koolstofdioksied by lae druk. Moderne lampe is gebaseer op 'n kombinasie van electroluminescentie en photoluminescence kwik atome opgewonde oor elektriese ontlading lamp, word die ultraviolet straling deur hulle omskep in sigbare lig via die fosfor.

EL waargeneem by die elektrodes tydens elektrolise te danke aan rekombinasie van ione (en dus 'n soort van chemiluminisensie). Onder die invloed van die elektriese veld in die dun lae van liggewende sink sulfied vrystelling van lig kom, wat ook na verwys as electroluminescentie.

'N Groot aantal van materiaal straal luminessensie onder die invloed van versnelde elektrone - diamant, robyn, kristal fosfor en sekere komplekse platinum sout. Die eerste praktiese toepassing van cathodoluminescentie - Ossilloskoop (1897). Soortgelyke skerms met behulp van verbeterde kristallyne fosfors gebruik in televisies, radars, ossilloskope en elektronmikroskope.

van radio

Radioaktiewe elemente kan alfadeeltjies (helium kerne), elektrone en gammastrale ( 'n hoë-energie elektromagnetiese straling) uitstraal. Bestraling luminessensie - 'n gloed opgewonde oor die radio-aktiewe stof. Wanneer alfadeeltjie bombardeer kristallyne fosfor, sigbaar onder die mikroskoop klein flikker. Hierdie beginsel met behulp van Engelse fisikus Ernest Rutherford, om te bewys dat die atoom het 'n sentrale kern. Self-lig verf wat gebruik word vir die nasien van horlosies en ander instrumente is gebaseer op die RL. Dit bestaan uit die fosfor en die radio-aktiewe stof, byvoorbeeld tritium of radium. Indrukwekkende natuurlike luminessensie - is die Aurora Borealis: radioaktiewe prosesse op die son uitstraal in die ruimte groot massas van elektrone en ione. Toe hulle nader die aarde, sy geomagnetiese veld gelas hulle om die pale. Gas-ontslag prosesse in die boonste lae van die atmosfeer en die skep van 'n bekende Aurora.

Luminessensie: fisika van die proses

Vrystelling van sigbare lig (dws. E. Met golflengtes tussen 690 nm en 400 nm) opwekking vereis energie, wat bepaal word ten minste Einstein wet. Energie (E) is gelyk aan Planck se konstante (h), vermenigvuldig met die frekwensie van die lig (ν) of sy spoed in 'n vakuum (c), gedeel deur die golflengte (λ): E = hν = hc / λ.

So, die energie wat nodig is vir die opwekking wissel van 40 kilokalorieë (vir rooi) tot 60 kcal (vir geel), en 80 kalorieë (pers) per mol van 'n stof. Nog 'n manier om energie - in elektron volts (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 erg) - 1,8-3,1 eV.

Die opwekking van energie oorgedra word aan elektrone verantwoordelik vir die luminessensie wat spring uit sy grondvlak tot 'n hoër een. Hierdie toestande word bepaal deur die wette van kwantum meganika. Verskeie meganismes van opwekking hang af of dit voorkom in enkele atome en molekules, of in kombinasies van molekules in die kristal. Hulle is van stapel gestuur deur die optrede van versnelde deeltjies, soos elektrone, positiewe ione of fotone.

Dikwels is die opwekking van energie is aansienlik hoër as wat nodig is om 'n elektron aan bestraling te samel. Byvoorbeeld, fosfor luminessensie kristal televisieskerms, katode elektrone wat met gemiddelde energie van 25,000 volts. Tog het die kleur van fluorescent lig is byna onafhanklik van die deeltjie energie. Dit word beïnvloed deur die vlak van die opgewekte toestand van die kristal-energie-sentrums.

lampe

Die deeltjies, te danke aan wat luminessensie voorkom - hierdie buitenste elektrone van atome of molekules. In fluoresserende lampe, soos kwik atoom word gedryf onder die invloed van energie 6.7 eV of meer, die opheffing van een van die twee buitenste elektrone na 'n hoër vlak. Na sy terugkeer na die grondtoestand die verskil in energie wat uitgestraal word as ultraviolet lig met 'n golflengte van 185 nm. Die oorgang tussen die basis en 'n ander vlak produseer ultraviolet bestraling by 254 nm, wat op sy beurt, kan ander fosfor genereer sigbare lig opgewonde.

Dit bestraling is veral intense teen 'n lae druk kwik damp (10 ^-5 atmosfeer) gebruik in gas ontladingslampe van lae druk. So ongeveer 60% van elektron energie word omgeskakel na 'n monochromatiese UV-lig.

Teen 'n hoë druk, die frekwensie verhoog. Spektra nie meer bestaan uit een spektrale lyn van 254 Nm, en die stralingsenergie versprei van die spektraallyne wat ooreenstem met verskillende elektroniese vlakke: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 en 578 Nm. Hoë druk kwik lampe gebruik word vir verligting, aangesien die sigbare 405-546 nm blou-groen lig, terwyl die transformasie van deel van die bestraling in die rooi lig met behulp van 'n fosfor as gevolg draai wit.

Wanneer gasmolekules is opgewonde, hul luminessensie spektra toon breë bande; nie net elektrone opgewek om die vlakke hoër energie maar terselfdertyd opgewonde vibrasie- en rotasie beweging van die atome op die geheel. Dit is omdat vibrasie- en rotasie-energie van die molekules is 10 ^-2 en 10 ^-4 van die oorgang energie, wat voeg tot 'n pluraliteit van effens anders golflengte komponente van 'n enkele groep definieer. Die groter molekules het 'n paar oorvleuel stroke, een vir elke tipe van oorgang. Bestraling molekules in oplossing voordelig ribbonlike wat veroorsaak word deur die interaksie van 'n relatief groot aantal opgewonde molekules en oplosmiddel molekules. In die molekules, soos in die betrokke in die luminessensie buitenste elektrone van molekulêre orbitale atome.

Fluoressensie en fosforessensie

Hierdie terme kan nie net onderskei word op grond van die duur van luminessensie, maar ook deur sy metode van produksie. Wanneer 'n elektron is opgewonde om 'n bors staat met verblyfreg daarin 10 ^-8 s, waaruit dit kan maklik terugkeer na die aarde, die stof straal sy energie as fluoressensie. Tydens die oorgang, het die spin nie verander nie. Basiese en opgewekte toestande het 'n soortgelyke verskeidenheid.

Electron kan egter verhoog word om 'n hoër energievlak (genoem " 'n opgewonde drieling staat") met sy rug behandeling. In die kwantummeganika, die oorgange van die drieling staat om die bors verbied, en dus, die tyd van hulle lewe baie meer. Daarom is die luminessensie in hierdie geval is veel meer langtermyn: daar is fosforessensie.