Luminescence: aina, mbinu, matumizi. Mwangaza wa mwanga wa luminecence ni nini?

Luminescence - ni chafu ya mwanga na vifaa fulani katika hali kiasi baridi. Ni tofauti na mionzi ya miili incandescent, kama vile kuchoma mbao au makaa ya mawe, chuma kuyeyuka na waya joto na mkondo wa umeme. luminescence chafu ni kuzingatiwa:

• katika neon na taa za umeme, runinga, skrini rada na fluoroscopes;
• katika dutu hai kama vile luminol au luciferin katika fireflies,
• katika rangi fulani kutumika katika matangazo ya nje,
• na umeme na aurora.

Katika matukio yote haya chafu mwanga si unasababishwa na joto nyenzo zaidi kuliko joto chumba, hivyo ni wito mwanga baridi. thamani halisi ya vifaa luminescent ni uwezo wao wa kubadilisha mfumo asiyeonekana wa nishati katika mwanga inayoonekana.

Vyanzo na mchakato

luminescence jambo hutokea kama matokeo ya nishati ngozi vifaa, kwa mfano, kutoka chanzo cha ultraviolet au X-rays, elektroni boriti, athari za kemikali, na kadhalika. d. Matokeo ni atomi Dutu katika hali msisimko. Kwani ni imara, anarudi nyenzo hali yake ya awali, na nguvu kufyonzwa hutolewa kama mwanga na / au joto. unahusisha tu elektroni wa nje. luminescence ufanisi hutegemea na kiasi cha ubadilishaji wa nishati ya uchochezi katika mwanga. idadi ya vifaa vya kwamba kuwa utendaji wa kutosha kwa ajili ya matumizi ya vitendo, ni ndogo.

Luminescence na incandescence

luminescence uchochezi haina uhusiano na uchochezi wa atomi. Wakati vifaa moto kuanza mwanga kutokana na balbu, atomi zao ni katika hali msisimko. Ingawa kutetema hata kwenye joto, ni wa kutosha kwamba mionzi ilitokea katika mbali infrared spectral kanda. Katika kuongezeka kwa joto mabadiliko frequency ya mionzi ya umeme katika eneo inayoonekana. Kwa upande mwingine, katika joto la juu sana ambayo ni kuzalisha, kwa mfano, katika mirija mshtuko, migongano ya atomiki inaweza kuwa na nguvu kiasi kwamba elektroni ni kutengwa na wao na kuungana tena, kutotoa moshi mwanga. Katika hali hii, luminescence na incandescent kupambanuliwa.

Rangi asili umeme na dyes,

Rangi asili ya kawaida na dyes na rangi kama wao kutafakari kwamba sehemu ya wigo ambayo ni nyongeza kufyonzwa. sehemu ndogo ya nishati ni waongofu katika joto, lakini chafu kubwa hutokea. Hata hivyo, rangi za umeme inachukua mwanga mbalimbali ya eneo fulani, inaweza emit photons, tofauti na kutafakari. Hii hutokea kama matokeo ya michakato ya ndani ya nguo au rangi molekuli, ambayo mwanga ultraviolet inaweza kuwa waongofu katika inayoonekana, kwa mfano, rangi ya bluu mwanga. mbinu kama luminescence hutumika katika matangazo ya nje na katika kuosha poda. Katika kesi ya pili, "clarifier" bado katika tishu si tu kutafakari nyeupe, lakini pia kubadili ultraviolet mionzi katika bluu, manjano ya kufidia na kuongeza weupe.

masomo mapema

Ingawa umeme aurora na mwanga mdogo mwanga wa fireflies na fungi daima imekuwa inajulikana kwa watu, kwanza luminescence masomo ulianza na nyenzo zilizoundwa, wakati Vincenzo Kaskariolo alchemist na mshona-viatu ya Bologna (Italia), katika 1603 g. Moto mchanganyiko wa bari sulfate (baraiti katika fomu, foromali nzito) na makaa ya mawe. unga kupatikana baada ya baridi, usiku bluu luminescence lilio, na Kaskariolo kugundua kuwa inaweza kurejeshwa kwa kuwaingiza unga kwa jua. Dutu ilikuwa jina la "lapis Solaris" au Sunstone, kwa sababu alchemists matumaini kwamba anaweza kurejea msingi madini katika dhahabu, alama ambayo ni ya jua. Afterglow imesababisha maslahi ya wanasayansi wengi wa kipindi, kutoa vifaa na majina mengine, pamoja na "phosphorus", ambayo ina maana ya "carrier ya mwanga".

Jina "phosphorus" Leo ni kutumika tu kwa ajili ya kipengele kemikali, wakati nyenzo microcrystalline luminescent kuitwa phosphor. "Fosforasi" Kaskariolo, inaonekana, ni bari sulfidi. kwanza inauzwa phosphor (1870) akawa "rangi Balmain" - ufumbuzi wa sulfidi calcium. Katika 1866, ilikuwa ilivyoelezwa katika kwanza imara zinki sulfidi phosphor ya - moja ya muhimu zaidi katika teknolojia ya kisasa.

Moja ya masomo ya kwanza kisayansi wa luminescence, ambayo ni wazi katika uozo mbao au mwili na fireflies, ilifanywa katika 1672 na Kiingereza mwanasayansi Robert Boyle, ambao, ingawa hakujua kuhusu asili biochemical ya mwanga huu, lakini kuweka baadhi ya mali ya msingi ya mifumo bioluminescent:

• Mwanga baridi;
• inaweza suppressed na mawakala kemikali kama vile pombe, asidi hidrokloriki na amonia,
• mionzi inahitaji kupata hewa.

Katika miaka ya 1885-1887, ni bayana kuwa dondoo ghafi kutoka fireflies West India (pyrophorus) na chaza Foladi wakati mchanganyiko mazao mwanga.

kwanza ufanisi vifaa chemiluminescent walikuwa nonbiological synthetic misombo kama vile luminol, aligundua katika mwaka 1928.

Chemi- na bioluminescence

Zaidi ya nishati iliyotolewa athari za kemikali, hasa athari oxidation, ina hali ya joto. Katika baadhi ya athari, lakini sehemu iliyotumika kwa ajili ya kuongezeana elektroni hadi ngazi ya juu, na katika molekuli umeme kabla chemiluminescence (CL). Tafiti zinaonyesha kwamba CL ni jambo zima, lakini luminescence kiwango ni ndogo sana kwamba inahitaji matumizi ya detectors nyeti. Kuna, hata hivyo, baadhi ya misombo maonyesho wazi CL. maarufu wa haya ni luminol, ambayo juu ya oxidation na peroksidi hidrojeni unaweza mavuno imara rangi ya bluu au rangi ya bluu-kijani mwanga. uwezo wa pili wa CL-vitu - na lucigenin lofin. Pamoja CL yao mwangaza, si wote ni ufanisi katika kuwabadili nishati kemikali katika mwanga, yaani. K. Chini ya 1% ya molekuli emit mwanga. Katika miaka ya 1960 ilibainika kuwa esta ya asidi oxalic, iliyooksidishwa katika vimumunyisho isiyo mbele ya misombo yenye umeme kunukia emit mwanga mkali na ufanisi wa 23%.

Bioluminesenz ni aina maalum ya chemiluminescence kichocheo Enzymes. luminescence pato la hizi athari inaweza kufikia 100%, ambayo ina maana kwamba kila molekuli ya luciferin reactant inaingia kutotoa serikali. All unaojulikana leo bioluminescent majibu catalyzed reactions oxidation kutokea mbele ya hewa.

thermally kunasababishwa luminescence

Thermoluminescence maana hakuna mionzi ya joto lakini kuimarisha mwanga chafu vifaa, elektroni ambayo wanafurahishwa na joto. Thermally drivas luminescence kuzingatiwa katika baadhi ya madini na hasa katika phosphors kioo baada ya hapo walikuwa msisimko na mwanga.

photoluminescence

Photoluminescence ambayo hutokea chini ya hatua ya mionzi ya umeme tukio juu ya vifaa, unaweza kufanywa katika aina mbalimbali ya mwanga inayoonekana kupitia ultraviolet kwa eksirei na mionzi ya gamma. Katika luminescence, ikiwa na fotoni, wavelength ya mwanga lilio kwa ujumla sawa na au zaidi kuliko wavelength ya kusisimua (m. E. sawa na au chini ya mamlaka). Hii tofauti katika masafa unasababishwa na mabadiliko ya nishati zinazoingia katika vibrations ya atomi au ions. Wakati mwingine, kwa kina boriti laser, lilio mwanga unaweza kuwa mfupi wavelength.

ukweli kwamba PL inaweza msisimko na mionzi ultraviolet, iligunduliwa na Ujerumani mwanafizikia Johann Ritter katika 1801. Alibainisha kuwa phosphors mwanga brightly katika eneo asiyeonekana wa sehemu zambarau ya wigo, na hivyo kufunguliwa UV mionzi. kubadilishwa kwa UV mwanga inayoonekana ni ya umuhimu mkubwa kwa vitendo.

Gamma na eksirei Excite phosphors, na vifaa vingine vya fuwele kwa luminescence hali na mchakato ionization ikifuatiwa na uchanganyishaji wa elektroni na ions, ambapo luminescence hutokea. matumizi ya ni katika Fluoroscopia kutumika katika upigaji picha za eksirei na scintillation counters. rekodi ya mwisho na kupima gamma mionzi kuelekezwa kwenye disc coated na phosphor, ambayo ni katika mawasiliano macho na uso wa photomultiplier.

triboluminescence

Wakati fuwele za baadhi vitu, kama vile sukari, aliwaangamiza, inayoonekana cheche. huo ni aliona katika dutu wengi kikaboni na. aina hii yote ya luminescence yanayotokana na mazuri na mabaya ya mashtaka ya umeme. Hivi karibuni iliyotolewa na nyuso mitambo kujitenga katika mchakato crystallization. Mwanga chafu kisha unafanyika kwa kutekeleza - moja kwa moja kati ya moieties ya molekuli, ama kwa njia ya uchochezi ya luminescence ya anga karibu na uso kutengwa.

electroluminescence

Kama thermoluminescence, electroluminescence (EL), neno ni pamoja na aina mbalimbali za luminescence hulka ya kawaida ya ambayo ni kwamba mwanga ni lilio wakati kutokwa umeme wa gesi, liquids na vifaa imara. Katika 1752 Bendzhamin Franklin imara luminescence ya umeme-ikiwa kutokwa umeme kwa njia ya anga. Katika 1860, kutokwa taa kwa mara ya kwanza alionyesha katika Royal Society of London. Yeye zinazozalishwa mkali mwanga nyeupe na voltage kutokwa high kupitia kaboni kwa kanieneo ya chini. taa za umeme wa kisasa ni msingi mchanganyiko wa electroluminescence na photoluminescence zebaki atomi msisimko na umeme kutokwa taa, mionzi ultraviolet unaotolewa na wao hubadilishwa mwanga inayoonekana kupitia phosphor.

EL aliona katika electrodes wakati electrolysis kutokana na uchanganyishaji wa ioni (na hivyo aina ya chemiluminescence). Chini ya ushawishi wa shamba umeme katika tabaka nyembamba ya luminescent zinki sulfidi chafu ya mwanga hutokea, ambayo pia hujulikana kama electroluminescence.

idadi kubwa ya vifaa vya hutoa luminescence chini ya ushawishi wa elektroni kasi - almasi, rubi, fosforasi kioo na baadhi ya tata platinum chumvi. kwanza ya vitendo maombi ya cathodoluminescence - oscilloscope (1897). skrini Sawa kutumia kuboresha fuwele phosphors hutumika katika televisheni, radars, oscilloscopes na elektroni hadubini.

wa redio

mambo ya mionzi inaweza emit alpha chembe (helium viini), elektroni na gamma rays (juu ya nishati ya mionzi ya umeme). Mionzi luminescence - mwanga msisimko na dutu mionzi. Wakati alpha chembe bombard fuwele phosphor, inayoonekana chini ya darubini flicker vidogo. kanuni hii kwa kutumia Kiingereza mwanafizikia Ernest Rutherford, ili kuthibitisha kuwa chembe ina msingi kati. Self-luminous rangi kutumika kwa ajili ya kuashiria saa na zana nyingine ni msingi RL. Wao na wajumbe wa phosphor na dutu mionzi, kwa mfano tritium au radium. Asilia ya kuvutia luminescence - ni borealis Aurora: taratibu mionzi ya jua emit katika nafasi kubwa ya raia elektroni na ions. Wakati mbinu Dunia, shamba yake geomagnetic anaongoza yao kwa fito. mchakato wa gesi-kutokwa katika tabaka ya juu ya anga na kujenga aurora maarufu.

Luminescence: fizikia ya mchakato

Chafu ya inayoonekana mwanga (yaani. E. Kwa wavelengths kati 690 nm na 400 nm) uchochezi inahitaji nishati, ambayo imedhamiria kwa sheria angalau Einstein. Nishati (E) ni sawa na Planck ya mara kwa mara (h), kuyagawa kwa mzunguko wa mwanga (ν) au kasi yake katika utupu (c), kugawanywa na wavelength (λ): E = hν = hc / λ.

Hivyo, nishati zinahitajika kwa ajili ya uchochezi ni kati ya kilo kalori 40 (kwa nyekundu) hadi 60 kcal (kwa njano), na kalori 80 (kwa zambarau) kwa mol za vileo. Njia nyingine ya kuonyesha nguvu - katika volts elektroni (1 eV = 1,6 × 10 ^-12 ERG) - 1.8-3.1 eV.

nishati uchochezi kuhamishiwa elektroni wajibu luminescence kwamba kuruka kutoka ngazi yake ya ardhi kwa moja juu. Hali hii hutokana na sheria za quantum mechanics. taratibu mbalimbali za uchochezi inategemea kama ni hutokea katika atomi moja na molekuli, au katika mchanganyiko wa molekuli katika kioo. Wao ni ulioanzishwa na hatua ya chembe kasi, kama vile elektroni, ions chanya au fotoni.

Mara nyingi, nishati uchochezi ni ya juu zaidi kuliko required kuongeza elektroni na mionzi. Kwa mfano, phosphor luminescence kioo televisheni skrini, cathode elektroni zinazozalishwa na nguvu wastani wa 25,000 Volts. Hata hivyo, rangi ya taa za umeme ni karibu huru ya nishati chembe. Ni kuathiriwa na kiwango cha hali ya msisimko ya vituo kioo nishati.

taa za umeme

chembe, kutokana na ambayo luminescence hutokea - hii elektroni wa nje wa chembe au molekuli. Katika taa za umeme, kama vile zebaki chembe unaendeshwa chini ya ushawishi wa nishati 6.7 eV au zaidi, kuinua moja ya elektroni mbili nje kwa kiwango cha juu. Baada ya kurudi yake ya hali ya ardhi tofauti katika nishati inayozalishwa vile mwanga ultraviolet na wavelength ya 185 nm. mpito kati ya msingi na kiwango kingine hutoa mionzi ultraviolet katika 254 nm, ambayo kwa upande, wanaweza Excite nyingine phosphor kuzalisha inayoonekana mwanga.

mionzi hili hasa makali katika shinikizo zebaki mvuke (10 ^-5 anga) kutumika katika gesi kutokwa taa ya shinikizo ya chini. Hivyo 60% ya elektroni nishati hubadilishwa monochromatic UV mwanga.

Wakati shinikizo, marudio huongezeka. Spectra tena unahusisha mstari mmoja spectral ya 254 nm, na mionzi ya nishati kusambazwa kutoka mistari spectral sambamba na ngazi mbalimbali za elektroniki: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 na 578 nm. Shinikizo zebaki taa hutumika kwa ajili ya kuja, kwa kuwa inayoonekana 405-546 nm bluu-kijani mwanga, wakati kubadilisha sehemu ya mionzi katika mwanga nyekundu kutumia phosphor kutokana zamu nyeupe.

Wakati molekuli gesi ni msisimko, luminescence spectra yao kuonyesha bendi pana; si elektroni tu ni kupatikana kwa viwango vya nguvu kubwa lakini wakati huo huo msisimko vibrational na rotational mwendo wa atomi kwa jumla. Hii ni kwa sababu vibrational na rotational nishati ya molekuli ni 10 na 10 ^{-2 -4} ya nguvu ya mpito, ambayo kuongeza hadi kufafanua wingi wa vipengele tofauti kidogo wavelength ya bendi moja. molekuli kubwa na zinazobadilika mistari kadhaa, moja kwa kila aina ya mpito. Mionzi molekuli katika ufumbuzi advantageously ribbonlike kwamba unasababishwa na mwingiliano wa idadi kubwa ya molekuli msisimko na molekuli kutengenezea. Katika molekuli, kama katika atomi kushiriki katika luminescence elektroni wa nje wa orbitals molekuli.

Fluorescence na phosphorescence

Sheria hizi inaweza kuwa tofauti si tu kulingana na muda wa luminescence, lakini pia kwa njia yake ya uzalishaji. Wakati elektroni ni msisimko na hali singlet kwa umiliki humo 10 ^-8 s, ambayo inaweza kwa urahisi kurejea katika ardhi, Dutu hutoa nishati yake kama umeme. Wakati wa kipindi cha mpito, spin haibadiliki. Msingi na msisimko wa mataifa na msururu kama hiyo.

Electron, hata hivyo, unaweza kupatikana kwa kiwango cha juu ya nishati (inayoitwa "msisimko aina tatu hali") kwa matibabu yake nyuma. Katika quantum mechanics, mabadiliko kutoka hali ya aina tatu kwa singlet marufuku, na kwa hiyo, wakati wa maisha yao ya mengi zaidi. Kwa hiyo, luminescence katika kesi hii ni zaidi ya muda mrefu: kuna phosphorescence.