Luminixxenza: tipi, metodi, u l-applikazzjonijiet. Termalment luminixxenza stimulata - dak li huwa dan?

Luminixxenza - hija l-emissjoni ta 'dawl minn ċerti materjali fi stat relattivament kiesaħ. Hija differenti mill-radjazzjoni ta 'korpi inkandexxenti, bħall-injam ħruq jew il-faħam, ħadid imdewweb u wajer msaħħan minn kurrent elettriku. emissjoni luminixxenza jiġi rrispettat:

• fil neon u fluworexxenti lampi, televiżjonijiet, skrins radar u fluoroscopes;
• introduzzjoni gradwali organiċi bħall-luminol jew luciferin fl fireflies;
• f'ċerti pigmenti użati fir-reklamar ta 'barra;
• ma sajjetti u Aurora.

Fil dawn il-fenomeni kollha emissjoni tad-dawl mhix ikkawżata billi ssaħħan il-materjal ta 'hawn fuq temperatura tal-kamra, u għalhekk huwa msejjaħ dawl kiesaħ. Il-valur prattiku tal-materjali luminixxenti hija l-abilità tagħhom li jittrasformaw forma inviżibbli ta 'enerġija fil dawl viżibbli.

Sorsi u l-proċess

fenomenu luminixxenza jseħħ bħala riżultat ta 'materjal assorbenti l-enerġija, per eżempju, minn sors ta' dawl ultravjola jew raġġi-X, raġġi ta 'elettroni, reazzjonijiet kimiċi, u l-bqija. d. Dan jirriżulta fl-atomi sustanza għal stat eċċitati. Peress li huwa instabbli, il-prospetti materjal għall-istat oriġinali tiegħu, u l-enerġija assorbita huwa rilaxxat bħala dawl u / jew sħana. Il-proċess jinvolvi biss l-elettroni ta 'barra. effiċjenza luminixxenza jiddependi mill-grad ta 'konverżjoni ta' enerġija excitation fis-dawl. In-numru ta 'materjali li għandhom rendiment suffiċjenti għall-użu prattiku, huwa relattivament żgħir.

Luminixxenza u inkandexxenza

eċċitazzjoni luminixxenza ma tkunx relatata mal-eċċitazzjoni ta 'atomi. Meta materjal jaħraq tibda jiddu bħala riżultat ta 'basal, atomi tagħhom huma fi stat eċċitati. Għalkemm dawn jivvibraw anki f'temperatura tal-kamra, huwa biżżejjed li r-radjazzjoni seħħ fir-reġjun spettrali bogħod infra-aħmar. Bit-temperatura tiżdied jibqax frekwenza ta 'radjazzjoni elettromanjetika fir-reġjun viżibbli. Min-naħa l-oħra, f'temperaturi għoljin ħafna li huma ġġenerati, per eżempju, fil tubi xokk, kolliżjonijiet atomika jista 'jkun tant qawwi li l-elettroni huma separati minnhom u Begonia, jarmu dawl. F'dan il-każ, luminixxenza u inkandexxenti jsiru indistingwibbli.

pigmenti fluworexxenti u żebgħa,

pigmenti konvenzjonali u żebgħa jkollhom kulur kif dawn jirriflettu dik il-parti tal-ispettru li huwa kumplimentari assorbita. Porzjon żgħir tal-enerġija huwa konvertit fi sħana, iżda emissjoni sinifikanti iseħħ. Jekk, madankollu, il-pigment fluworexxenti jassorbi d-dawl fil-medda ta 'żona partikolari, jista' jarmi photons, differenti mir-riflessjoni. Dan jiġri bħala riżultat ta 'proċessi fi ħdan l-żebgħa jew pigment molekula, li permezz tiegħu dawl ultravjola jistgħu jiġu kkonvertiti viżibbli, per eżempju, dawl blu. Metodi bħal dawn luminixxenza huma użati fir-reklamar fil-beraħ u trabijiet tal-ħasil. Fil-każ tal-aħħar, il- "clarifier" jibqa fit-tessut mhux biss biex jirriflettu l-abjad, iżda wkoll biex jikkonvertu radjazzjoni ultravjola fis blu, isfar tal jikkumpensaw u t-titjib bjuda.

studji bikrin

Għalkemm aurora sajjetti u kiwi matt ta 'fireflies u fungi dejjem kienu magħrufa għall-bniedem, l-istudji ewwel luminixxenza beda bil-materjal sintetiku, meta alchemist Vincenzo Kaskariolo u skarpan ta' Bologna (l-Italja), fil 1603 g. Taħlita imsaħħna ta barium sulfate (Tajn fil-forma, spar tqil) faħam. It-trab miksuba wara tkessiħ, lejl luminixxenza blu emess, u Kaskariolo ndunat li tista 'tiġi rrestawrata billi ssuġġetta t-trab għax-xemx. Is-sustanza kien imsemmi "lapis Solaris" jew Sunstone, minħabba alchemists ttamat li huwa kapaċi li jduru metalli bażi f'deheb, is-simbolu tiegħu huwa l-xemx. Persistenza jkun ikkawża l-interess ta 'ħafna xjentisti tal-perjodu, li tagħti materjali u ismijiet oħra, inklużi "fosfru", li tfisser "trasportatur ta' dawl".

Illum l-isem "fosfru" huwa użat biss għall-element kimiku, filwaqt li l-materjal luminixxenti mikrokristallina tissejjaħ fosforu. "Fosfru" Kaskariolo, apparentement, kienet sulfid tal-barjum. L-ewwel fosfru disponibbli kummerċjalment (1870) saret "żebgħa Balmain" - soluzzjoni ta 'sulfid kalċju. Fl-1866, kien deskritt fl-ewwel fosfru sulfid taż-żingu stabbli ta '- waħda mill-aktar importanti fit-teknoloġija moderna.

Waħda mill-ewwel istudji xjentifiċi tal-luminixxenza, li hi manifestata fil taħsir injam jew laħam u fireflies, twettqet 1672 mill-xjenzat Ingliż Robert Boyle, li, għalkemm ma kienx jaf dwar l-oriġini bijokimiċi ta 'din dawl, iżda sett wħud mill-proprjetajiet bażiċi tas-sistemi bioluminescent:

• Glow kiesaħ;
• jista 'jiġi mrażżna minn aġenti kimiċi bħall-alkoħol, aċidu idrokloriku u ammonja;
• radjazzjoni teħtieġ aċċess għall-arja.

Fis-snin 1885-1887, kien osservat li estratti mhux raffinat minn fireflies Indjan tal-Punent (pyrophorus) u Foladi Arzella meta mħallta jipproduċu dawl.

L-ewwel materjali kemiluminexxenti effettivi kienu komposti sintetiċi nonbiological bħal luminol, skoperti fl-1928 sena.

Kemi u bioluminescence

Ħafna mill-enerġija tiġi meħlusa fil-reazzjonijiet kimiċi, partikolarment reazzjonijiet ossidazzjoni, għandu l-forma ta 'sħana. F'xi reazzjonijiet, iżda porzjon użata biex eċitati elettroni sa livelli ogħla, u b'mod molekuli fluworexxenti qabel il-kemiluminixxenza (CL). Studji juru li CL huwa fenomenu universali, iżda l-intensità luminixxenza hija tant żgħira li teħtieġ l-użu ta 'detectors sensittivi. Hemm, madankollu, xi wħud mill-komposti li juru ħaj CL. L-aħjar magħruf ta 'dawn huwa luminol, li meta ossidazzjoni bil-hydrogen peroxide jista' jagħti dawl blu jew blu-aħdar qawwija. Punti sodi oħra ta CL-sustanzi - u lofin lucigenin. Minkejja CL luminożità tagħhom, mhux kollha kemm huma effettivi fil-konverżjoni enerġija kimika fl-dawl, ie. K. Inqas minn 1% tal-molekuli jarmu dawl. Fl-1960 instab li l-esteri tal-aċidu ossaliku, ossidati f'solventi anhydrous fil-preżenza ta 'komposti aromatiċi fluworexxenti ħafna jarmu dawl qawwi b'effiċjenza ta' 23%.

Bioluminescence huwa tip speċjali ta 'kemiluminixxenza katalizzati minn enzimi. Il-produzzjoni luminixxenza ta 'dawn ir-reazzjonijiet jistgħu jilħqu 100%, li jfisser li kull molekula ta reattant luciferin jidħol fil jarmu istat. magħruf illum reazzjoni kollha bioluminescent katalizzati reazzjonijiet ossidazzjoni li jseħħu fil-preżenza ta 'arja.

luminixxenza stimulata termalment

Thermoluminescence tfisser l-ebda radjazzjoni termali iżda ssaħħaħ il-materjali tal-emissjonijiet tad-dawl, l-elettroni li jiġu pprovokati minn sħana. Termalment stimulata luminixxenza osservati f'xi minerali u speċjalment fil fosfri kristall wara li jkunu ġew eċċitati bl-dawl.

photoluminescence

Photoluminescence li jseħħ taħt l-azzjoni ta 'inċident radjazzjoni elettromanjetika fuq il-materjal, jistgħu jsiru fil-medda ta' dawl viżibbli permezz tal-ultravjola li x-ray u r-radjazzjoni gamma. Fil luminixxenza, indotta minn photons, wavelength ta 'dawl mitfugħ huwa daqs jew akbar mill-wavelength tal-eċċitanti (m. E. istess jew inqas enerġija). Din id-differenza fil-wavelength ikkawżat mit-trasformazzjoni tal-enerġija deħlin fis vibrazzjonijiet ta 'atomi jew joni. Kultant, ma raġġ tal-lażer intensiv, dawl mitfugħ jista 'jkollhom wavelength iqsar.

Il-fatt li l-PL jista 'jiġi eċċitati bl radjazzjoni ultravjola, ġiet skoperta mill-fiżiċista Ġermaniż Johann Ritter fl 1801, huwa nnotat li l-fosfri jiddu jgħajjat fir-reġjun inviżibbli mill-parti vjola tal-ispettru, u b'hekk fetaħ il-radjazzjoni UV. Il-konverżjoni ta 'UV għad-dawl viżibbli hija ta' importanza prattika kbira.

Gamma u x-rays eċitati fosfri, u materjali oħra kristallin għall-istat luminixxenza mill-proċess ta 'jonizzazzjoni segwit minn rikombinazzjoni ta' elettroni u jonji, fejn iseħħ luminixxenza. L-użu ta 'dan huwa fil-fluoroscopy użata fir-radjoloġija, u bankijiet xintillazzjoni. L-aħħar jirreġistra u ikejjel radjazzjoni gamma diretti fuq diska miksi fosfru, li huwa f'kuntatt ottika mal-wiċċ tal-fotomultiplikatur.

triboluminescence

Meta l-kristalli ta 'xi sustanzi, bħal zokkor, imfarrak, spark viżibbli. L-istess huwa osservat f'ħafna sustanzi organiċi u inorganiċi. Dawn it-tipi ta 'luminixxenza ġġenerati mill-ħlasijiet elettriku pożittivi u negattivi. Reċenti prodotta minn uċuħ separazzjoni mekkaniċi fil-proċess kristallizzazzjoni. emissjoni tad-dawl imbagħad isir billi jitbattal - jew direttament bejn l mojetti tal-molekuli, jew permezz eċċitazzjoni tal luminixxenza tal-atmosfera qrib il-wiċċ separati.

electroluminescence

Kif thermoluminescence, electroluminescence (EL), it-terminu jinkludi tipi varji ta 'karatteristika komuni luminixxenza tagħhom huwa li d-dawl joħroġ meta skarikubi skariku elettriku li gassijiet, likwidi u materjali solidi. Fil 1752 Bendzhamin Franklin stabbilixxa l-luminixxenza ta 'kwittanza elettriku kkawżat mill-sajjetti fl-atmosfera. Fl-1860, il-lampa kwittanza kienet l-ewwel wera fil-Royal Society ta 'Londra. Hija pproduċiet dawl abjad bright bil kwittanza vultaġġ għoli permezz tal-dijossidu tal-karbonju fi pressjoni baxxa. lampi fluworexxenti moderni huma msejsa fuq taħlita ta 'atomi electroluminescence u merkurju photoluminescence pprovokati minn bozza bi skarikubi skariku elettriku, ir-radjazzjoni ultravjola li toħroġ minnhom jiġi kkonvertit dawl viżibbli permezz tal-fosfru.

EL osservati l-elettrodi waqt l-elettroliżi minħabba rikombinazzjoni tal joni (u għalhekk l-tip ta 'kemiluminixxenza). Taħt l-influwenza tal-kamp elettriku fis-saffi rqaq tal-emissjoni sulfid taż-żingu luminixxenti ta 'dawl iseħħ, li hija wkoll imsemmija bħala electroluminescence.

Numru kbir ta 'materjali temetti luminixxenza taħt l-influwenza ta' elettroni aċċellerati - djamant, ruby, fosfru kristall u ċerti melħ platinu kumplessi. L-ewwel applikazzjoni prattika ta 'cathodoluminescence - ossilloskopju (1897). iskrins simili li jużaw fosfri kristallin mtejba huma użati fil televiżjonijiet, radars, Oxxilloskopji u mikroskopji elettroni.

tar-radju

elementi radjuattivi jista 'jarmi partiċelli alpha (nuklei elju), elettroni u raġġi gamma (a radjazzjoni elettromanjetika ta' enerġija għolja). Radjazzjoni luminixxenza - tiddix eċċitati mis-sustanza radjoattiva. Meta partiċelli alpha bombard fosfru kristallin, viżibbli taħt il-teptip ċkejkna mikroskopju. Dan il-prinċipju jużaw fiżiċista Ingliż Ernest Rutherford, li jipprova li l-atomu jkollu qalba ċentrali. żebgħa awto luminuża użat għall-immarkar arloġġi u għodod oħra huma bbażati fuq il-RL. Huma jikkonsistu l-fosfru u s-sustanza radjoattiva, per eżempju tritju jew radium. Impressjonanti luminixxenza naturali - huwa l-borealis Aurora: proċessi radjoattivi fuq is-xemx jarmu fis ispazju mases enormi ta 'elettroni u jonji. Meta dawn l-approċċ tad-Dinja, qasam geomagnetic tagħha jordna lill-poli. proċessi gass li jitfgħu l-fil-saffi ta 'fuq tal-atmosfera u joħolqu Aurora famużi.

Luminixxenza: fiżika tal-proċess

Emissjoni tad-dawl viżibbli (ie. E. Bl mewġ bejn 690 nm u 400 nm) eċċitazzjoni tirrikjedi enerġija, li hija determinata bil-liġi inqas Einstein. Enerġija (E) hija ugwali għal Planck kostanti (h), immultiplikat bil-frekwenza ta 'dawl (ν) jew il-veloċità tagħha fi vakwu (ċ), diviż bl-wavelength (λ): E = hν = JSW / λ.

Għalhekk, l-enerġija meħtieġa għall-eċitament tvarja minn 40 kilokaloriji (għall ħamra) sa 60 kcal (għall isfar), u 80 kaloriji (sa vjola) għal kull mol ta 'sostanza. Mod ieħor li jesprimu l-enerġija - fi elettron volts (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 ERG) - 1.8-3.1 eV.

L-enerġija eċċitazzjoni jiġi trasferit lill elettroni responsabbli għall-luminixxenza li tiżdied mill-art tagħha għal waħda ogħla. Dawn il-kundizzjonijiet huma determinati mil-liġijiet tal-mekkanika kwantistika. Diversi mekkaniżmi ta 'eċċitazzjoni tiddependi fuq jekk dan jiġri atomi wieħed u molekoli, jew kombinazzjonijiet ta' molekuli fil-kristall. Dawn huma mibdija bl-azzjoni ta 'partiċelli aċċellerata, bħal elettroni, joni pożittivi jew photons.

Spiss, l-enerġija eċitazzjoni huwa sinifikament ogħla minn dak meħtieġ biex jgħollu elettron għal radjazzjoni. Per eżempju, l-iskrins tat-televiżjoni kristall luminixxenza fosfru, elettroni katodu prodott bl enerġiji medji ta '25,000 volt. Madankollu, il-kulur tad-dawl fluworexxenti huwa kważi indipendenti mill-enerġija partiċelli. Huwa hija influwenzata mil-livell ta 'l-istat eċċitati mill-ċentri ta' enerġija kristall.

lampi fluworexxenti

Il-partiċelli, minħabba fihom isseħħ luminixxenza - dan elettroni ta 'barra tal atomi jew molekuli. Fil-lampi fluworexxenti, bħal atomu merkurju huwa mmexxi taħt l-influwenza ta 'l-enerġija 6.7 eV jew aktar, irfigħ waħda miż-żewġ elettroni ta' barra għal livell ogħla. Wara r-ritorn tiegħu għall-istat art id-differenza fl-enerġija jiġi emess bħala dawl ultravjola b'tul ta 'mewġ ta' 185 nm. It-tranżizzjoni bejn il-bażi u livell ieħor tipproduċi radjazzjoni ultravjola fi 254 nm, li mbagħad, jistgħu eċitati dawl viżibbli oħra fosfru jiġġeneraw.

Din ir-radjazzjoni hija partikolarment intensa fil fwar tal-merkurju ta 'pressjoni baxxa (10 ^-5 atmosfera) użati fil -lampi discharge tal-gass ta' pressjoni baxxa. Għalhekk madwar 60% tal-enerġija elettron jiġi kkonvertit dawl UV monokromi.

Fi pressjoni għolja, il-frekwenza żidiet. Ispektra m'għadhomx jikkonsistu linja waħda spettrali ta '254 nm, u l-enerġija ta' radjazzjoni hija mqassma mil-linji tal spettrali li jikkorrispondu għal livelli differenti elettroniċi: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 u 578 nm. lampi merkurju ta 'pressjoni għolja huma użati għall-illuminazzjoni, peress li l-405-546 nm viżibbli blu-aħdar ċar, filwaqt trasformazzjoni parti mill-radjazzjoni fl-dawl aħmar tuża fosfru bħala riżultat dawriet abjad.

Meta molekuli tal-gass huma eċċitati, spektra luminixxenza tagħhom juru meded wesgħin; mhux elettroni biss huma jittellgħu għal-livelli ta 'enerġija ogħla iżda mozzjoni vibrational u rotazzjonali simultanjament eċċitati mill-atomi fuq il-sħiħ. Dan huwa minħabba l-enerġija vibrational u rotazzjonali tal-molekuli huma 10 ^-2 u 10 ^-4 ta 'l-enerġiji tranżizzjoni, li jammontaw għal jiddefinixxu pluralità ta' komponenti wavelength kemmxejn differenti ta 'band waħedha. Il-molekoli kbar diversi strixxi li jikkoinċidu, waħda għal kull tip ta 'tranżizzjoni. Radjazzjoni molekuli fis-soluzzjoni b'vantaġġ ribbonlike li ikkawżat mill-interazzjoni ta 'numru relattivament kbir ta' molekuli eċċitati u molekoli solvent. Fil-molekuli, bħal fil-atomi involuti fir-luminixxenza elettroni ta 'barra tal orbitals molekulari.

Fluworexxenza u phosphorescence

Dawn it-termini jistgħu jiġu distinti mhux biss ibbażata fuq it-tul ta 'luminixxenza, iżda wkoll mill-metodu tal-produzzjoni tagħha. Meta elettroni eċċitati għal stat singlet ma mandat fiha 10 ^-8 i, li minnu jista 'faċilment jirritornaw lejn l-art, is-sustanza jarmi l-enerġija tagħha bħala fluworexxenza. Matul it-tranżizzjoni, l-spin ma tinbidilx. stati bażiċi u eċċitati għandhom multiplikazzjoni simili.

Elettroni, madankollu, jista 'jittella għal livell ta' enerġija ogħla (imsejħa "stat tripletta eċċitati") bil-kura lura tiegħu. Fil-mekkanika kwantistika,-tranżizzjonijiet mill-istat triplet għall-singlet projbit, u għalhekk, il-ħin tal-ħajja tagħhom ħafna aktar. Għalhekk, il-luminixxenza f'dan il-każ huwa ħafna aktar fit-tul: hemm phosphorescence.