Люминесцентный свет: Люминесценция — Википедия – Люминесцентная лампа — Википедия

Люминесценция, сущность и виды

Люминесценция, сущность и виды.

 

Люминесценция – это свечение нетеплового характера, которое наблюдается после поглощения телом (материей) энергии возбуждения.

 

Люминесценция, явление и сущность

Механизм проявления люминесценции

Классификация разновидностей люминесценции, виды люминесценции

Применение люминесценции

 

Люминесценция, явление и сущность:

Понятие люминесценция заимствовано из латыни и объединяет два отдельных термина: luminis – свет, escent – слабое свечение. В общем понимании понятие люминесценция отождествляется с холодным свечением материального тела.

На сегодняшний день в научной среде под феноменом люминесценции понимается свечение нетеплового характера, которое наблюдается после поглощения телом (материей) энергии возбуждения.

Природу люминесценции впервые стали обсуждать в XVIII веке. Чтобы разобраться с сущностью люминесценции важно иметь представление о природе следующих явлений: нагревание тела, испускание света, использование энергии внешнего облучения и др.

В исследовании природы люминесценции особую значимость приобретает свет, т.е. сам процесс испускания световых лучей. Учеными выделено два типа источников света. Первый тип имеет место в том случае, если происходит нагрев материального тела до определенной температуры. Иными словами, тепловой нагрев предмета становится причиной появления его свечения. Ко второму типу источников света относится холодное свечение материального тела, которое может быть выражено в разных формах люминесценции.

Чтобы понять отличие «теплового» свечения тела от холодного света необходимо рассмотреть физические процессы, происходящие при нагреве материи. При повышении температуры, атомы внутри вещества движутся более интенсивно. Электроны ускоряются и переходят на высший уровень, характеризующийся избыточной энергией. В таком состоянии электроны пребывают доли секунды, теряя при этом избыток энергии. Процесс потери энергии сопровождается испусканием фотона. Энергия кванта света приравнивается к разнице между соседними энергетическими уровнями.

Примером теплового нагрева материи является зажженный факел, зажженная свеча, солнечная активность, свечение звезд, покрасневшая от жара поверхность электроплитки, раскаленная спираль электрической лампочки.

Свечение материального тела, не вызванное его нагревом, носит название люминесценции

.

В качестве примера люминесценции можно выделить неоновую рекламу магазинов в центре города, светящиеся экраны компьютерных мониторов и телевизоров, стрелки часов и цифры лабораторных приборов, северное сияние, ночные волны, лесных светлячков и др.

Изначально феномен люминесценции применялся при изготовлении фосфорных составов, обладающих способностью самостоятельно светиться. Данные краски наносились на приборные шкалы и облегчали работу с ними в темноте.

Официальное признание люминесценции произошло в 1948 году, когда ученый С.И. Вавилов неожиданно обосновал применение данного явления не только в научных целях, но и в быту. Холодное свечение стали использовать в химическом анализе разных веществ, а благодаря специальным покрытиям внутренних поверхностей стеклянных трубок – в массовом производстве экономных ламп дневного света.

Позже С.И. Вавилов сформулировал свое видение люминесценции в следующей редакции: «это избыточное излучение тела, длительностью 10⁻¹⁰ секунд, преобладающее над тепловым излучением».

Сущность представленного канонического определения состоит в том, что яркость материального тела, излучающего холодное свечение существенно выше, нежели яркость абсолютно черного тела в этом же диапазоне спектра при той же температуре.

Специфической особенностью люминесценции выступает возможность проявления данного явления при более низких температурах, что совершенно исключает использование тепловой энергии.

От иных видов нетеплового излучения явление люминесценции отличается длительностью рассеивания и отражения света, считал С.И. Вавилов. По его мнению, данная величина должна быть меньше периода колебаний световой волны, т.е.<10⁻¹⁰ сек.

К специфическим особенностям проявления люминесценции необходимо также отнести несколько утверждений:

а) данный феномен имеет конечную длительность проявления;

б) может проявляться не только в твердых телах, но и в жидкости и газообразном состоянии вещества;

в) не подчиняется законам теплового излучения;

г) данное явление приравнивают к электромагнитному излучению, исходящему от возбужденных мельчайших частиц вещества.

Люминесценцию характеризует ряд показателей, которые используются во время исследований.

К ключевым индикаторам люминесценции относят:

– спектр возбуждения (демонстрирует совокупность волн возбуждения, вызывающих люминесценцию вещества),

– спектр излучения (демонстрирует совокупность всех волн, формирующих поток холодного излучения),

– энергетический выход (показывает отношение энергии потока люминесценции к полученной энергии возбуждения),

– квантовый выход (демонстрирует отношение квантового потока люминесценции к количеству квантов поглощенных веществом в рамках возбуждающего излучения).

На степень проявления люминесценции оказывает влияние несколько ключевых факторов:

1) водно-щелочная среда – более оптимальный вариант для проявления люминесценции, а кислотная среда – снижает степень проявления данного явления;

2) при повышении температуры окружающей среды выше 0°С, проявление люминесценции снижается;

3) на люминесценцию оказывает влияние концентрация люминесцентного покрытия;

4) присутствие сторонних веществ снижает активность явления люминесценции;

5) усиление возбуждающего излучения стимулирует люминесцирующий световой поток.

Процессы, происходящие в веществе на микроскопическом уровне во время люминесценции, подчинены действию научных законов (правил).

К ключевым законам люминесценции относят:

– Стокс и Люммель вводит в действие закономерность смещения спектров поглощения,

– постоянство спектров люминесценции при заданной температуре (обосновал Каши),

– В.Л. Лёвшин обосновывает феномен зеркальной симметрии, который гласит, что по спектру люминесценции можно определить спектр поглощения и наоборот.

На основе проведенных исследований С.И. Вавилову также удалось выявить закономерность постоянства квантового выхода, которая гласит, что энергетический выход люминесценции на начальном этапе усиливается прямо пропорционально длине волны возбуждающих лучей, однако в последующем падает до самого минимума (фактически до нуля).

 

Механизм проявления люминесценции:

Физическая сущность данного явления заключается в периодических переходах мельчайших частиц вещества из состояния крайнего возбуждения в нормальный режим с выделением холодного излучения. К главным причинам, обуславливающим первоначальное возбуждение мельчайших частиц вещества необходимо отнести: химические реакции, внешнее облучение, температурный фактор.

Если рассматривать технический аспект применения люминесценции, то формами проявления данного феномена является: фосфоресценция и флуоресценция, выступающие, как подвиды фотолюминесценции.

В общепринятом понимании под фотолюминесценцией необходимо понимать свечение материального тела, возникающего под влиянием видимого света и лучей ультрафиолетового спектра.

Под фосфоресценцией в научной среде принято считать длительное послесвечение вещества (время жизни 10⁻⁹−10⁻⁶ сек.).

Под флуоресценцией понимают свечение, возникающее в результате возбуждения вещества (10⁻³−10 сек.).

Резкой границы между фосфоресценцией и флуоресценцией на практике нет. Экран телеприемника ярко светиться не только во время его работы, что обусловлено направленным воздействием электронного луча (флуоресценция), но и после выключения телевизора, когда человеческий глаз улавливает слабое послесвечение экрана (фосфоресценция).

Вещества, обладающие уникальным свойством генерировать «холодный свет» без нагрева получили название люминофоров. Чтобы люминофор возбуждался и начинал излучать свет к нему необходимо подводить внешнюю энергию. Наиболее распространенным способом возбуждения люминофоров является воздействие на материальное тело дневным светом или УФ-лучами.

 

Классификация разновидностей люминесценции, виды люминесценции:

В научной среде данный феномен классифицируют по следующим критериям.

По спектру идентифицируют в рамках:

– видимого потока излучения,

– ультрафиолетового излучения,

– рентгеновского потока излучения,

– инфракрасного потока лучей.

По времени свечения:

– если свечение угасает после пропадания потока возбуждающего излучения, то имеет место флуоресценция. Например, при дневном свете флуоресцируют синим светом кристаллы нафталина.

– если свечение продолжается определенное время после прекращения воздействия энергии возбуждающего действия, то здесь себя проявляет фосфоресценция.

По способу возбуждения:

– феномен люминесценции чаще всего отождествляется с названием фотолюминесценция, поскольку вещество возбуждается видимым светом,

– под влиянием альфа излучения, бета-лучей и гамма-излучения – возникает

радиолюминесценция,

– при возбуждении мониторов рентгеновских устройств ионизирующими рентгеновскими лучами возникает явление рентгенолюминесценции,

– под воздействием движущихся электронов проявляет себя явление катодолюминесценции, вызывающее свечение телевизионного экрана,

– под воздействием трения возникает феномен триболюминесценции,

– влияние электрического поля вызывает появления электролюминесценции. Иными словами электрический ток пропускается через определенные типы люминофоров. Поскольку светимость люминофоров такого вида незначительна, то их используют для световой сигнализации (светодиоды, надпись «выход» в концертных залах и залах кинотеатров),

– явление биолюминесценции проявляется в живых организмах и растительности (осиновые гнилушки, светлячки, морские животные). Причиной проявления свечения являются окислительные процессы, идущие в организме. Зачастую процесс окисления происходит с выделением световой энергии. Как правило, интенсивность биолюминесценции в живых организмах регулируется ферментами,

– химические реакции обуславливают активизацию процесса хемилюминесценции,

– процессы кристаллизации вещества инициируют проявление кристаллолюминесценции,

– у твердых материальных тел различают мономолекулярную, метастабильную или рекомбинационную люминесценцию. В первом случае возбуждение и испускание холодного свечения происходит в пределах одной мельчайшей частицы вещества. Во втором случае аналогичный процесс осуществляется на фоне метастабильного состояния. В случае рекомбинационной люминесценции возбуждение и испускание холодного свечения происходит в разных местах материального тела.

По природе вещества, излучающего свечение:

Люминесценция может быть первичной, когда холодное свечение излучает само вещество (витамины А и В) или вторичной, если вещество обработано специальными красителями. Так, клетки крови начинают люминесцировать после обработки плазмы органическими красителями – флюорохромами.

 

Применение люминесценции:

На сегодняшний день одним из перспективных направлений использования феномена люминесценции выступает люминесцентный анализ. Поскольку спектральный анализ люминесценции демонстрирует внутреннюю структуру материального тела, то это можно использовать в исследованиях количественного и качественного состава химических веществ.

Люминесцентный анализ широко применяется, прежде всего, в медицине для диагностики разных болезней.

Благодаря анализу точно фиксируют границы роста раковой опухоли (онкология), выявляют грибковые заболевания (дерматология), определяют витамины (биохимия), выявляют бактерии туберкулеза (микробиология), диагностируют язвы роговицы (исследование глазных болезней), определяют скорость кровотока (лечение внутренних болезней), делают анализ крови и находят следы токсинов (судебная медицина).

В фармакологии подобный анализ используют для идентификации лекарств и препаратов, обладающих ярко выраженными люминесцентными свойствами.

К другим направлениям использования люминесценции следует отнести:

– изготовление люминесцентных источников света;

– индикация разнообразных излучений;

– применение люминесцентных добавок для выявления неоднородностей и дефектов в металлургии;

– получение декоративных красящих составов;

– изготовление элементов фотолюминесцентных эвакуационных систем.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,

 

карта сайта

спектры практическое применение исследование излучение измерение уф цвет квантовый центры выход возбуждение эффект процесс отличие явление интенсивность метод веществ понятие тушение законы люминесценции
кожная ультрафиолетовая химическая люминесценция в природе физика в медицине в криминалистике презентация света лампа определение примеры банкноты алмаза минералов 11 класс доклад воды квантовых точек химия

 

Коэффициент востребованности 909

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ • Большая российская энциклопедия

ЛЮМИНЕСЦЕ́НЦИЯ (от лат. lumen, род. п. luminis – свет, и -escent- – суф­фикс, оз­на­чаю­щий сла­бое дей­ст­вие), оп­тич. не­ко­ге­рент­ное из­лу­че­ние, воз­ни­каю­щее при воз­бу­ж­де­нии твёр­дых тел, рас­тво­ров и га­зов. Ин­тен­сив­ность Л. пре­вос­хо­дит ин­тен­сив­ность те­п­ло­во­го из­лу­че­ния тех же объ­ек­тов в оп­тич. диа­па­зо­не. Вре­мя по­слес­ве­че­ния (све­че­ния по­сле пре­кра­ще­ния внеш­не­го воз­дей­ст­вия) Л. мно­го­крат­но пре­вы­ша­ет пе­ри­од све­то­вых ко­ле­ба­ний (10^–15–10^–14 с) и со­став­ля­ет от 10^–10 с до не­сколь­ких ча­сов. Л. так­же на­зы­ва­ют эле­мен­тар­ные про­цес­сы, в ре­зуль­та­те ко­то­рых воз­ни­ка­ет та­кое из­лу­че­ние. Совр. тео­рия Л. ос­но­ва­на на кван­то­во­ме­ха­нич. пред­став­ле­ни­ях об элек­тро­маг­нит­ном из­лу­че­нии, строе­нии ве­ще­ст­ва и взаи­мо­дей­ст­вии из­лу­че­ния с ве­ще­ст­вом. Для ка­че­ст­вен­но­го по­ни­ма­ния при­ро­ды Л. дос­та­точ­ны пер­во­на­чаль­ные пред­став­ле­ния о кван­тах све­та и дис­крет­ных воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ни­ях ато­мов и мо­ле­кул, впер­вые сфор­му­ли­ро­ван­ные Н. Бо­ром в 1913. Л. воз­ни­ка­ет при оп­ре­де­лён­ных (на­зы­вае­мых спон­тан­ны­ми из­лу­ча­тель­ны­ми) пе­ре­хо­дах ато­мов, ио­нов или мо­ле­кул из со­стоя­ний с бо­лее вы­со­кой энер­ги­ей в со­стоя­ния с бо­лее низ­кой энер­ги­ей, в т. ч. в осн. со­стоя­ние. Не­ко­то­рые свой­ст­ва Л. уда­ёт­ся объ­яс­нить и с по­мо­щью клас­сич. вол­но­вой тео­рии, опи­сы­ваю­щей эле­мен­тар­ные ис­точ­ни­ки Л. как гар­мо­нич. ос­цил­ля­то­ры.

История исследований

Не­ко­то­рые слу­чаи Л., на­блю­даю­щие­ся в при­ро­де (све­че­ние на­се­ко­мых, гнию­щих де­ревь­ев, а так­же ми­не­ра­лов), бы­ли из­вест­ны с глу­бо­кой древ­но­сти и при­влек­ли вни­ма­ние учё­ных ещё в 16 в., ко­гда ста­ло по­нят­ным, что это из­лу­че­ние не обу­слов­ле­но на­гре­ва­ни­ем тел (по­это­му Л. час­то на­зы­ва­ют хо­лод­ным све­че­ни­ем). Тер­мин «Л.» впер­вые пред­ло­жил в 1888 Г. Ви­де­ман, оп­ре­де­лив­ший Л. как из­бы­ток ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния над ин­тен­сив­но­стью те­п­ло­во­го из­лу­че­ния те­ла. Ис­то­рия ис­сле­до­ва­ния Л. тес­но свя­за­на с от­кры­ти­ем рент­ге­нов­ских лу­чей, ес­теств. ра­дио­ак­тив­но­сти, ус­та­нов­ле­ни­ем элек­трон­ной при­ро­ды ка­тод­ных лу­чей и т. д.: все эти лу­чи бы­ли от­кры­ты в хо­де ис­сле­до­ва­ния яв­ле­ния лю­ми­нес­цен­ции.

Сис­те­ма­тич. ис­сле­до­ва­ния Л. на­ча­лись в 1-й пол. 20 в. в свя­зи с раз­ви­ти­ем её прак­тич. при­ме­не­ний. Прин­ци­пи­аль­ное уточ­не­ние оп­ре­де­ле­ния Л. да­но в кон. 1930-х гг. С. И. Ва­ви­ло­вым, ко­то­рый ввёл до­пол­нит. кри­те­рий дли­тель­но­сти по­слес­ве­че­ния. Со­глас­но его оп­ре­де­ле­нию, Л. на­зы­ва­ет­ся из­бы­ток из­лу­че­ния над те­п­ло­вым из­лу­че­ни­ем, ес­ли это из­лу­че­ние об­ла­да­ет инер­ци­он­но­стью (дли­тель­но­стью пос­ле­све­че­ния), мно­го­крат­но пре­вы­шаю­щей пе­ри­од све­то­вых ко­ле­ба­ний. Та­кой кри­те­рий дли­тель­но­сти по­зво­лил от­де­лить Л. от др. ма­ло­инер­ци­он­ных ви­дов из­лу­че­ния: из­лу­че­ния Ва­ви­ло­ва – Че­рен­ко­ва, тор­моз­но­го, син­хро­трон­но­го и др. По­сле соз­да­ния ла­зе­ров во 2-й пол. 20 в. поя­ви­лась не­об­хо­ди­мость ука­зать на от­сут­ст­вие ко­ге­рент­но­сти лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния, что от­ли­ча­ет Л. от ла­зер­но­го из­лу­че­ния. В изу­че­нии осн. за­ко­но­мер­но­стей Л. и раз­ви­тии её при­ме­не­ний осо­бое зна­че­ние име­ют ра­бо­ты, про­ве­дён­ные в 20 в. рос. фи­зи­ка­ми на­уч. шко­лы, соз­дан­ной Ва­ви­ло­вым.

Виды люминесценции

В за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба воз­бу­ж­де­ния ве­ще­ст­ва вы­де­ля­ют разл. ви­ды Л. Так, фо­то­лю­ми­нес­цен­ция воз­ни­ка­ет при воз­бу­ж­де­нии ве­ще­ст­ва оп­тич. из­лу­че­ни­ем (обыч­но УФ-диа­па­зо­на), элек­тро­лю­ми­нес­цен­ция – при воз­бу­ж­де­нии элек­трич. по­лем, рент­ге­но­лю­ми­нес­цен­ция – при воз­бу­ж­де­нии рент­ге­нов­ски­ми лу­ча­ми, ка­то­до­лю­ми­нес­цен­ция – при воз­бу­ж­де­нии по­то­ка­ми элек­тро­нов, ио­но­лю­ми­нес­цен­ция – при воз­бу­ж­де­нии пуч­ком ио­нов, ра­дио­лю­ми­нес­цен­ция – при воз­бу­ж­де­нии ра­дио­ак­тив­ным из­лу­че­ни­ем, хе­ми­лю­ми­нес­цен­ция – в ре­зуль­та­те хи­мич. ре­ак­ций (хе­ми­лю­ми­нес­цен­цию жи­вых ор­га­низ­мов на­зы­ва­ют био­лю­ми­нес­цен­ци­ей). Из­вест­ны мн. др. ви­ды Л.: зву­ко­лю­ми­нес­цен­ция (при воз­дей­ст­вии ульт­ра­зву­ка), три­бо­лю­ми­нес­цен­ция (при тре­нии твёр­дых тел), тер­мо­лю­ми­нес­цен­ция (при на­гре­ва­нии пред­ва­ри­тель­но воз­бу­ж­дён­но­го ве­ще­ст­ва), ра­ди­ка­ло­ре­ком­би­на­ци­он­ная Л. (при воз­дей­ст­вии ра­ди­ка­лов) и др.

Переходы между энергетическими уровнями атома, молекулы или иона: а – простейший переход; б – переход через промежуточное метастабильное состояние. Красные линии соответствуют переходам с поглощением …

Наи­бо­лее про­стой вид Л. – фо­то­лю­ми­нес­цен­ция, при ко­то­рой в не­ко­то­рых слу­ча­ях все про­цес­сы – от по­гло­ще­ния кван­тов воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния до ис­пус­ка­ния кван­тов Л. – про­ис­хо­дят в преде­лах од­но­го и то­го же цен­тра (ато­ма, ио­на или мо­ле­ку­лы). Но и для это­го ви­да Л. на­блю­да­ют­ся разл. пе­ре­хо­ды ме­ж­ду энер­ге­тич. со­стоя­ния­ми цен­тра, что свя­за­но со слож­ной сис­те­мой воз­бу­ж­дён­ных энер­ге­тич. уров­ней. На­ря­ду с про­стей­шим слу­ча­ем воз­бу­ж­де­ния (рис., а), воз­мож­но пер­во­на­чаль­ное воз­бу­ж­де­ние цен­тра на бо­лее вы­со­кие энер­ге­тич. уров­ни (рис., б), по­сле че­го с уча­сти­ем фо­но­нов ре­шёт­ки осу­ще­ст­в­ля­ет­ся т. н. бе­зыз­лу­ча­тель­ный пе­ре­ход (ре­лак­са­ция) в про­ме­жу­точ­ное ме­та­ста­биль­ное со­стоя­ние. Ти­пич­ный при­мер та­ко­го про­цес­са – из­лу­че­ние в ли­ниях R₁ и R₂ иона хрома Cr³⁺ в кри­стал­ле ру­би­на. В спек­трах Л. трёх­ва­лент­ных ио­нов РЗЭ час­то на­блю­да­ет­ся неск. уз­ких по­лос Л., воз­ни­каю­щих при из­лу­ча­тель­ных пе­ре­хо­дах с раз­ных воз­буж­дён­ных уров­ней, при­чём не­ко­то­рые по­ло­сы со­от­вет­ст­ву­ют пе­ре­хо­дам не в ос­нов­ные, а в бо­лее низ­кие воз­бу­ж­дён­ные со­стоя­ния. Кро­ме то­го, да­же ниж­ние воз­бу­ж­дён­ные со­стоя­ния обыч­но рас­ще­п­ле­ны на по­ду­ров­ни в ре­зуль­та­те элек­трон­но-ко­ле­ба­тель­ных взаи­мо­дей­ст­вий в мо­ле­ку­лах, элек­трон-фо­нон­ных взаи­мо­дей­ст­вий, а так­же Штар­ка эф­фек­та для из­лу­чаю­щих ио­нов в кри­стал­лах и стёк­лах. В ре­зуль­та­те воз­ни­ка­ют слож­ные спек­тры Л., за­ви­ся­щие от мн. фак­то­ров: энер­ге­тич. струк­ту­ры из­лу­чаю­ще­го цен­тра, дли­ны вол­ны и ин­тен­сив­но­сти воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния, темп-ры и др. Спек­тры Л. час­то име­ют ква­зи­ли­ней­ча­тую струк­ту­ру, при­чём в рас­тво­рах ор­га­нич. со­еди­не­ний при по­ни­же­нии темп-ры до 10 К в спек­трах Л. мо­гут на­блю­дать­ся отд. уз­кие ли­нии.

Выход люминесценции

Оп­ре­де­ля­ют энер­ге­ти­че­ский и кван­то­вый вы­хо­ды Л. Со­глас­но С. И. Ва­ви­ло­ву, энер­ге­тич. вы­ход Л. есть от­но­ше­ние мощ­но­сти лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния к мощ­но­сти воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния, по­гло­щён­но­го ве­ще­ст­вом; кван­то­вый вы­ход Л. – от­но­ше­ние чис­ла кван­тов лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния к чис­лу кван­тов воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния, по­гло­щае­мых в ве­ще­ст­ве в еди­ни­цу вре­ме­ни. В 1924 Ва­ви­лов ус­та­но­вил за­ви­си­мость кван­то­во­го и энер­ге­тич. вы­хо­дов фо­то­лю­ми­нес­цен­ции от дли­ны вол­ны воз­бу­ж­даю­ще­го све­та (Ва­ви­ло­ва за­кон), а так­же по­ка­зал, что кван­то­вый вы­ход фо­то­лю­ми­нес­цен­ции не­ко­то­рых рас­тво­ров ор­га­нич. кра­си­те­лей мо­жет пре­вы­шать 60–70%. К кон. 20 в. раз­ра­бо­та­ны не­ко­то­рые ве­ще­ст­ва, кван­то­вый вы­ход в ко­то­рых бли­зок к 100% (напр., рас­твор ро­да­ми­на 6Ж, ла­зер­ные кри­стал­лы и стёк­ла с ио­на­ми РЗЭ).

В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев энер­гия фо­то­на лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния мень­ше энер­гии фо­то­на воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния (Сто­кса пра­ви­ло, обоб­щён­ное С. И. Ва­ви­ло­вым). Од­на­ко в не­ко­то­рых про­цес­сах, на­зы­вае­мых ан­ти­сто­ксо­вы­ми, реа­ли­зу­ет­ся про­ти­во­по­лож­ная си­туа­ция, в ре­зуль­та­те че­го энер­ге­тич. вы­ход Л. мо­жет стать боль­ше 100% (ан­ти­сто­ксо­ва лю­ми­нес­цен­ция). Это при­во­дит к ох­ла­ж­де­нию не­ко­то­рых стё­кол и кри­стал­лов с ио­на­ми РЗЭ при их воз­бу­ж­де­нии ла­зе­ром в ближ­ней ИК-об­лас­ти спек­тра [(1–2)·10^–6 м]. Прин­ци­пи­аль­ная воз­мож­ность по­лу­че­ния энер­ге­тич. вы­хо­да Л. боль­ше 100% бы­ла впер­вые обос­но­ва­на Л. Д. Лан­дау в 1946 на ос­но­ве рас­смот­ре­ния тер­мо­ди­на­ми­ки не­об­ра­ти­мых про­цес­сов. Вы­ход Л. боль­ше 100% воз­мо­жен в том слу­чае, ес­ли эн­тро­пия воз­буж­даю­ще­го из­лу­че­ния ока­зы­ва­ет­ся мень­ше эн­тро­пии лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния. Не­дос­та­ток энер­гии по­кры­ва­ет­ся за счёт те­п­ло­вой энер­гии лю­ми­нес­ци­рую­ще­го те­ла. Од­ним из ви­дов ан­ти­сто­ксо­вой Л. яв­ля­ет­ся коо­пе­ра­тив­ная лю­ми­нес­цен­ция.

Раз­ли­ча­ют внут­рен­ний (ис­тин­ный) вы­ход и внеш­ний (тех­нич.) вы­ход Л. В объ­ек­тах с вы­со­ким по­ка­за­те­лем пре­лом­ле­ния, к ко­то­рым от­но­сят­ся мн. по­лу­про­вод­ни­ки, ис­поль­зуе­мые в совр. све­то­дио­дах, эти ве­ли­чи­ны мо­гут раз­ли­чать­ся в неск. раз из-за по­терь све­та при его мно­го­крат­ном от­ра­же­нии. Для вы­во­да из­лу­че­ния из та­ких све­то­дио­дов их по­верх­но­сти при­да­ют осо­бую фор­му и ис­поль­зу­ют про­свет­ляю­щие по­кры­тия. В ре­зуль­та­те ре­аб­сорб­ции лю­ми­нес­ци­рую­ще­го из­лу­че­ния гео­мет­рич. фор­ма лю­ми­нес­ци­рую­щих объ­ек­тов мо­жет су­ще­ст­вен­но из­ме­нить вид спек­тра из­лу­че­ния, в т. ч. сдви­гая этот спектр в бо­лее длин­но­вол­но­вую (крас­ную) об­ласть. Так­же из-за мно­го­крат­ных от­ра­же­ний све­та на­блю­да­ет­ся за­мет­ное уве­ли­че­ние дли­тель­но­сти по­слес­ве­че­ния. Т. о., ха­рак­те­ри­сти­ки Л., стро­го го­во­ря, оп­ре­де­ля­ют­ся не толь­ко ве­ще­ст­вом и ус­ло­вия­ми его воз­бу­ж­де­ния, но и гео­мет­рич. фор­мой из­лу­чаю­ще­го объ­ек­та.

Механизмы люминесценции

Не­об­хо­ди­мое ус­ло­вие для воз­ник­но­ве­ния Л. – дос­та­точ­но ши­ро­кий энер­ге­тич. за­зор (> 0,6 эВ) ме­ж­ду уров­ня­ми воз­бу­ж­дён­но­го и осн. со­стоя­ний. По­это­му твёр­дые и жид­кие ме­тал­лы, в ко­то­рых от­сут­ст­ву­ет со­от­вет­ст­вую­щий энер­ге­тич. за­зор, лю­ми­нес­ци­ро­вать не мо­гут, то­гда как пары́ мн. ме­тал­лов хо­ро­шо лю­ми­нес­ци­ру­ют, а ио­ны РЗЭ ис­поль­зу­ют­ся в ка­че­ст­ве ра­бо­чих цен­тров в лю­ми­но­фо­рах и ла­зер­ных кри­стал­лах.

При фо­то­лю­ми­нес­цен­ции час­то воз­ни­ка­ют про­цес­сы пе­ре­но­са энер­гии элек­трон­ных воз­бу­ж­де­ний от од­них оп­тич. цен­тров к дру­гим. В ре­зуль­та­те та­ких про­цес­сов су­ще­ст­вен­но из­ме­ня­ют­ся все ха­рак­те­ри­сти­ки лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния: вы­ход и спектр све­че­ния, инер­ци­он­ность и по­ля­ри­за­ция (см. По­ля­ри­зо­ван­ная лю­ми­нес­цен­ция). Пе­ре­нос энер­гии име­ет ме­сто в лю­ми­но­фо­рах, ла­зер­ных кри­стал­лах и стёк­лах с ио­на­ми РЗЭ, что по­зво­ля­ет по­лу­чать лю­ми­нес­цент­ное из­лу­че­ние в тре­буе­мом ин­тер­ва­ле длин волн (сен­си­би­ли­зи­ро­ван­ная лю­ми­нес­цен­ция). В ре­зуль­та­те пе­ре­но­са энер­гии воз­бу­ж­де­ния ме­ж­ду оп­тич. цен­тра­ми воз­мож­но ан­ти­сто­ксо­во пре­об­ра­зо­ва­ние ИК-из­лу­че­ния в ви­ди­мый свет, а так­же по­лу­че­ние не­сколь­ких кван­тов ви­ди­мо­го све­та при воз­бу­ж­де­нии ио­нов РЗЭ УФ-из­лу­че­ни­ем.

Во мно­гих лю­ми­но­фо­рах реа­ли­зу­ет­ся ре­ком­би­на­ци­он­ный ме­ха­низм Л., при ко­то­ром по­гло­ще­ние воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию сво­бод­ных элек­тро­нов в зо­не про­во­ди­мо­сти и ды­рок в ва­лент­ной зо­не с по­сле­дую­щей из­лу­ча­тель­ной ре­ком­би­на­ци­ей этих не­рав­но­вес­ных но­си­те­лей за­ря­да. Ре­ком­би­на­ция про­ис­хо­дит, как пра­ви­ло, на цен­трах све­че­ния, т. е. в спе­ци­аль­но вво­ди­мых при­ме­сях. Ре­ком­би­на­ци­он­ный ме­ха­низм Л. реа­ли­зу­ет­ся и при др. ви­дах воз­бу­ж­де­ния, напр. в све­то­дио­дах из­лу­ча­тель­ная ре­ком­би­на­ция но­си­те­лей за­ря­да про­ис­хо­дит вбли­зи р–n-пе­ре­хо­да. Су­ще­ст­ву­ет так­же эк­си­тон­ный ме­ха­низм све­че­ния, при ко­то­ром из­лу­че­ние воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те ан­ни­ги­ля­ции эк­си­то­нов.

При рент­ге­но- и ка­то­до­лю­ми­нес­цен­ции пер­во­на­чаль­но воз­ни­ка­ют сво­бод­ные элек­тро­ны, энер­гия ко­то­рых мно­го­крат­но пре­вос­хо­дит энер­гию кван­тов лю­ми­нес­цент­но­го из­лу­че­ния, со­став­ляю­щую 2–3 эВ. По­это­му в та­ких слу­ча­ях Л. воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те кас­кад­но­го раз­мно­же­ния пер­вич­ных эле­мен­тар­ных воз­бу­ж­де­ний. Од­на­ко энер­ге­тич. вы­ход этих ви­дов Л. не пре­вы­ша­ет 25%, т. е. бóль­шая часть энер­гии воз­бу­ж­де­ния пе­ре­хо­дит в те­п­ло­ту. Пе­ре­ход час­ти энер­гии воз­бу­ж­де­ния в те­п­ло­ту прин­ци­пи­аль­но ог­ра­ни­чи­ва­ет пре­дель­ную яр­кость све­че­ния всех лю­ми­нес­цент­ных ис­точ­ни­ков све­та ве­ли­чи­ной 10⁵ кд/м² (при боль­шей яр­ко­сти раз­ви­ва­ет­ся тем­пе­ра­тур­ное ту­ше­ние).

При ра­бо­те ла­зе­ров (т. е. при ин­вер­си­он­ной на­се­лён­но­сти ра­бо­чих энер­ге­тич. уров­ней) на­ря­ду со сти­му­ли­ро­ван­ны­ми пе­ре­хо­да­ми, соз­даю­щи­ми ла­зер­ное из­лу­че­ние, на­блю­да­ют­ся и спон­тан­ные пе­ре­хо­ды – Л. Та­кая Л. об­ла­да­ет ря­дом осо­бен­но­стей и на­зы­ва­ет­ся су­пер­лю­ми­нес­цен­ци­ей.

Как пра­ви­ло, при Л. раз­ви­ва­ют­ся бе­зыз­лу­ча­тель­ные про­цес­сы, в ко­то­рых зна­чит. часть энер­гии воз­бу­ж­де­ния в ко­неч­ном счё­те пе­ре­хо­дит в те­п­ло­вую энер­гию, и на­блю­да­ет­ся ту­ше­ние лю­ми­нес­цен­ции. Из­вест­ны разл. ви­ды и ме­ха­низ­мы ту­ше­ния Л.: тем­пе­ра­тур­ное ту­ше­ние (вы­ход Л. на­чи­на­ет рез­ко па­дать при пре­вы­ше­нии не­ко­то­рой кри­тич. темп-ры, со­став­ляю­щей 100–200 °C), кон­цен­тра­ци­он­ное ту­ше­ние, воз­ни­каю­щее при вы­со­кой кон­цен­тра­ции цен­тров све­че­ния, ту­ше­ние по­сто­рон­ни­ми при­ме­ся­ми, напр. ио­на­ми груп­пы же­ле­за, с вы­со­кой ве­ро­ят­но­стью бе­зыз­лу­ча­тель­ных пе­ре­хо­дов.

Инерционность люминесценции

Дли­тель­ность Л. в раз­ных об­раз­цах варь­и­ру­ет­ся в очень ши­ро­ких пре­де­лах. В 20 в. ши­ро­ко при­ме­ня­лись тер­ми­ны, вы­де­ляю­щие ви­ды Л. в за­ви­си­мо­сти от её инер­ци­он­но­сти: флуо­рес­цен­ция (ко­рот­кое по­слес­ве­че­ние) и фос­фо­рес­цен­ция (дли­тель­ное по­слес­ве­че­ние).

В про­стей­шем слу­чае ин­тен­сив­ность по­слес­ве­че­ния $I$ опи­сы­ва­ет­ся экс­по­нен­ци­аль­ным за­ко­ном: $I(t)=I_0e^{–t/τ}$ , где $I_0$ – ин­тен­сив­ность све­че­ния в мо­мент пре­кра­ще­ния воз­бу­ж­де­ния, $I(t)$ – ин­тен­сив­ность по­слес­ве­че­ния в мо­мент вре­ме­ни $t$ по­сле пре­кра­ще­ния воз­бу­ж­де­ния, $\tau$ – ср. вре­мя жиз­ни воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний (ве­ли­чи­на, об­рат­ная ве­ро­ят­но­сти из­лу­ча­тель­но­го пе­ре­хо­да). Ве­ли­чи­на τ для раз­ре­шён­ных оп­тич. пе­ре­хо­дов в ви­ди­мой об­лас­ти спек­тра со­став­ля­ет 10^–9–10^–8 с, а при на­ли­чии бе­зыз­лу­ча­тель­ных пе­ре­хо­дов мо­жет со­кра­щать­ся до 10^–11 с. Для за­пре­щён­ных пе­ре­хо­дов вре­мя жиз­ни воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний уве­ли­чи­ва­ет­ся на неск. по­ряд­ков. Так, для из­лу­ча­тель­ных пе­ре­хо­дов внут­ри 4f-элек­трон­ных обо­ло­чек ио­нов РЗЭ τ со­став­ля­ет 10^–4–10^–2 с, а для три­плет-синг­лет­ных пе­ре­хо­дов в мо­ле­ку­лах – от 10^–2 с до 1 с.

Экс­по­нен­ци­аль­ный за­кон за­ту­ха­ния ин­тен­сив­но­сти Л. реа­ли­зу­ет­ся лишь в том слу­чае, ко­гда все про­цес­сы про­ис­хо­дят в пре­де­лах од­но­го и то­го же цен­тра све­че­ния. Для сен­си­би­ли­зи­ро­ван­ной Л., ко­гда по­гло­ще­ние воз­бу­ж­даю­ще­го из­лу­че­ния про­ис­хо­дит в од­них цен­трах (сен­си­би­ли­за­то­рах), а Л. воз­ни­ка­ет в др. цен­трах, за­кон по­слес­ве­че­ния су­ще­ст­вен­но от­ли­ча­ет­ся от экс­по­нен­ци­аль­но­го. При крат­ко­вре­мен­ном, напр. ла­зер­ном, воз­бу­ж­де­нии ин­тен­сив­ность сен­си­би­ли­зи­ро­ван­ной Л. мо­жет да­же су­ще­ст­вен­но воз­рас­тать по­сле пре­кра­ще­ния воз­бу­ж­де­ния. Совр. ла­зер­ная ап­па­ра­ту­ра по­зво­ля­ет про­сле­дить по­сле­до­ва­тель­ность раз­ви­тия та­кой Л.: по­сте­пен­ный пе­ре­ход от ре­зо­нанс­но­го рас­сея­ния све­та к ком­би­на­ци­он­но­му рас­сея­нию, за­тем к т. н. го­ря­чей Л. и, на­ко­нец, к обыч­ной Л., при ко­то­рой ус­та­нав­ли­ва­ет­ся те­п­ло­вое рав­но­ве­сие по по­ду­ров­ням воз­бу­ж­дён­но­го со­стоя­ния в диа­па­зо­не вре­ме­ни 10^–13–10^–9 с.

Для ре­ком­би­на­ци­он­ной Л. обыч­но вы­пол­ня­ет­ся ги­пер­бо­лич. за­кон за­ту­ха­ния, т. е. за­ви­си­мость ин­тен­сив­но­сти по­сле­све­че­ния от вре­ме­ни оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой: $I(t)=I_0/(1+pt)^α$, где $p$ – кон­стан­та, за­ви­ся­щая от ти­па ве­ще­ст­ва и ин­тен­сив­но­сти воз­бу­ж­де­ния, по­ка­за­тель сте­пе­ни α ле­жит в пре­де­лах 1 ⩽ α ⩽ 2. Дли­тель­ность по­слес­ве­че­ния ре­ком­би­на­ци­он­ной Л. в осн. оп­ре­де­ля­ет­ся за­хва­том не­рав­но­вес­ных но­си­те­лей за­ря­да цен­тра­ми за­хва­та и их по­сле­дую­щим те­п­ло­вым вы­сво­бо­ж­де­ни­ем из этих цен­тров. Для не­ко­то­рых лю­ми­но­фо­ров с ре­ком­би­на­ци­он­ным ме­ха­низ­мом све­че­ния по­слес­ве­че­ние за­мет­но в за­тем­нён­ном по­ме­ще­нии да­же че­рез су­тки по­сле пре­кра­ще­ния воз­бу­ж­де­ния.

Применение люминесценции

 Силь­ная за­ви­си­мость ха­рак­те­ри­стик Л. от со­ста­ва ве­ще­ст­ва и ус­ло­вий его воз­бу­ж­де­ния су­ще­ст­вен­но ос­лож­ня­ет её ис­сле­до­ва­ние и при­ме­не­ние. Од­на­ко имен­но это свой­ст­во Л. да­ёт бо­лее глу­бо­кое по­ни­ма­ние при­ро­ды фи­зич. яв­ле­ний. Чув­ст­ви­тель­ность ха­рак­те­ри­стик Л. к не­боль­шим из­ме­не­ни­ям со­ста­ва и строе­ния ве­ще­ст­ва ле­жит в ос­но­ве ме­то­дов лю­ми­нес­цент­но­го ана­ли­за. Ис­сле­до­ва­ния Л. спо­соб­ст­ву­ют раз­ра­бот­ке но­вых ла­зер­ных сред, в т. ч. пер­спек­тив­ных пар ра­бо­чих ио­нов (напр., ионов хро­ма и не­оди­ма), обес­пе­чи­ваю­щих уве­ли­че­ние кпд ла­зер­но­го из­лу­че­ния.

Ещё в 1930 С. И. Ва­ви­ло­вым бы­ли пред­ло­же­ны лю­ми­нес­цент­ные лам­пы, совр. мо­ди­фи­ка­ции ко­то­рых ис­поль­зу­ют­ся и в 21 в. Боль­шой прак­тич. ин­те­рес пред­став­ля­ет элек­тро­лю­ми­нес­цен­ция, по­зво­ляю­щая соз­да­вать ма­ло­га­ба­рит­ные эко­но­мич­ные ис­точ­ни­ки све­та с ра­бо­чим на­пря­же­ни­ем все­го 3–4 В. Ак­тив­но ис­поль­зу­ют­ся све­то­из­лу­чаю­щие дио­ды на ос­но­ве по­лу­про­вод­ни­ко­вых со­еди­не­ний, в т. ч. ме­тал­ло­ор­га­ни­че­ских, пред­став­ляю­щие со­бой мно­го­слой­ные тон­ко­п­лё­ноч­ные струк­ту­ры, тол­щи­на сло­ёв ко­то­рых до­хо­дит до 10–100 нм.

Лю­ми­но­фо­ры с вы­со­кой инер­ци­он­но­стью Л. ис­поль­зу­ют­ся, напр., для ава­рий­но­го ос­ве­ще­ния разл. по­ме­ще­ний. Лю­ми­но­фо­ры с ко­рот­ким по­слес­ве­че­ни­ем при­ме­ня­ют­ся в сцин­тил­ля­ци­он­ных счёт­чи­ках ра­дио­ак­тив­ных из­лу­че­ний, в ко­то­рых уда­ёт­ся ре­ги­ст­ри­ро­вать оди­ноч­ные α-, β- и γ-час­ти­цы. Разл. ви­ды Л. ис­поль­зу­ют­ся для ви­зуа­ли­за­ции изо­бра­же­ний, напр. при соз­да­нии ка­то­до­лю­ми­нес­цент­ных эк­ра­нов цвет­ных те­ле­ви­зо­ров. При при­ме­не­нии Л. в оп­тич. уст­рой­ст­вах ото­бра­же­ния ин­фор­ма­ции (напр., в те­ле­ви­де­нии) дли­тель­ность по­слес­ве­че­ния обыч­но не пре­вы­ша­ет 10^–3 с.

Радиолюминесценция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 мая 2018; проверки требуют 13 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 30 мая 2018; проверки требуют 13 правок. Брелок с радиолюминесцентной (в данном случае — тритиевой) подсветкой

Радиолюминесценция — люминесценция вещества, вызванная воздействием ионизирующего излучения.

В технике для активации светосоставов постоянного действия (СПД) широко использовались радионуклиды, излучающие гамма-лучи, альфа- или бета-частицы. Например, торий или радий-226. Люминофор СПД изготавливался на базе сульфида цинка. Такие СПД способны излучать свет очень долго — в течение нескольких лет или даже десятилетий.

Первые радиолюминесцентные краски начали применяться с 1910-х годов. Долгое время (приблизительно с 1920-х до 1950-х годов) именно радий-226 (а со второй половины XX века — и прометий-147) применялись в радиолюминесцентных красках для покрытия элементов циферблатов часов, приборов и другого оборудования. В специальных источниках относительно большой яркости часто использовался криптон-85. В настоящее время в радиолюминесцентных источниках света для приборов применяется^[1]тритий, радиоактивный изотоп водорода. Он излучает бета-частицы (электроны) очень низкой энергии (в среднем 5.5 кЭв, максимум 18.6^[2]), которые полностью поглощаются защитным стеклом источника света или просто воздухом (длина пробега таких частиц в воздухе измеряется миллиметрами, в стекле — микронами^[3])

Радиолюминесцентные источники света нашли применение в тех областях техники, где требуется высокая автономность источника света — морские бакены, ампулированные источники для ночного обозначения габаритов несущих винтов вертолетов, источники света для работы во взрывоопасных средах (в шахтах и на рудниках), различного рода аварийные и автономные осветители, указатели, источники света для циферблатов приборов, подсветки оружейных прицелов и так далее.

Существуют международные стандарты ISO 3157 и NIHS 97-10, определяющие минимальное количество люминесцентного вещества, необходимого для того, чтобы различать в темноте нанесённые этим веществом символы, либо выполнять на его основе постоянную подсветку циферблатов часов и других приборов.

Интенсивность свечения, кроме качества состава, также зависит от площади поверхности покрытия и толщины слоя. Со временем радионуклид расходуется, превращаясь в стабильные изотопы. Люминофор также деградирует, источник света теряет яркость. Тем не менее даже потерявшие яркость СПД являются источником повышенной радиобиологической опасности и подлежат специальной утилизации.

Физика люминесценции | Журнал Популярная Механика

«Затемнив зал и включив очень сильную ультрафиолетовую лампу, я залил зал тем, что французы называли Lumiere Wood („свет Вуда“), заставив зубы и глаза ярко фосфоресцировать, а разные ткани — светиться мягким сиянием. Платье одной дамы в центре зала сияло ярким красным светом, привлекая внимание всех. Каждый смотрел на светящиеся глаза и зубы соседа, и раздался взрыв хохота, когда я разъяснил, что вставные зубы остаются черными, как уголь». Вильям Сибрук, «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории»

Большинство людей при вопросе «Что такое люминесценция?» вспоминают люминесцентные газоразрядные лампы. Действительно, это одно из наиболее известных применений яркого (в буквальном смысле) физического явления, а именно фотолюминесценции (возбуждения светом). В стеклянных трубках находятся пары ртути, возбуждаемые электрическим разрядом и излучающие в области ультрафиолета. Нанесенное на стенки трубки покрытие — люминофор — переводит ультрафиолет в видимое человеческим глазом излучение. В зависимости от типа люминофора цвет свечения может быть разным — это дает возможность выпускать лампы не только «холодного» и «теплого» света, но и разных цветов — красного, синего и др. Появившиеся в последнее время энергосберегающие лампы, превосходящие лампы накаливания в области видимого света, — это те же люминесцентные лампы, только сильно уменьшенные благодаря миниатюризации электроники. Другая разновидность люминесценции — катодолюминесценция. Именно она лежит в основе электронно-лучевых трубок: люминофор, покрывающий экран, светится под действием пучка электронов. Рентгенолюминесценция, например, используется при проведении флюорографии — покрытый люминофором экран светится под действием рентгеновского излучения.

Физика люминесценции Согласно определению, приведенному в Физической энциклопедии, люминесценция излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний. Первая часть определения отделяет люминесценцию от теплового равновесного излучения и показывает, что это понятие применимо только к совокупности атомов (молекул), находящихся в состоянии, близком к равновесному. При сильном отклонении от равновесного состояния говорить о тепловом излучении или люминесценции не имеет смысла. В видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре тела в тысячи градусов, в то время как люминесцировать в этой области оно может при любой температуре, поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Вторая часть определения (признак длительности) была введена С.И. Вавиловым, чтобы отделить люминесценцию от различных видов рассеяния, отражения, параметрического преобразования света, тормозного излучения и излучения Черенкова-Вавилова. В отличие от рассеяния света, при люминесценции между поглощением и испусканием происходят промежуточные процессы, длительность которых больше периода световой волны. В результате этого при люминесценции утрачивается корреляция между фазами колебаний поглощенного и излученного света.

Быстро и медленно

После прекращения возбуждения люминесценция затухает. Если это происходит быстро, то процесс относят к флюоресценции (от названия минерала флюорита, у которого было обнаружено это явление), а если свечение продолжается длительное время — то к фосфоресценции. Флюоресценцию под действием света (видимого и УФ) можно часто наблюдать в быту — светятся красители маркеров, покрытие дорожных знаков и ткани спецодежды. Именно флюоресценция отвечает за то, что свежевыстиранная белая рубашка кажется на ярком солнечном свету «белее белого». И эффект этот не психологический. Просто стиральные порошки содержат специальные вещества, оптические отбеливатели, которые под действием ультрафиолета излучают видимый свет (обычно в сине-фиолетовой области). Этим объясняется и тот факт, что белая одежда светится под действием УФ-ламп в дискотеках. Медленно затухающая люминесценция (фосфоресценция) также весьма распространена в быту — вспомните циферблаты часов и стрелки других приборов (а также экраны старых осциллографов).

И другие

Кроме вышеупомянутых разновидностей существуют радиолюминесценция — под действием проникающей радиации (применялась в сцинтилляционных счетчиках), хемилюминесценция под действием химических реакций (включающая биолюминесценцию), кандолюминесценция (при механических воздействиях), лиолюминесценция (при растворении кристаллов), электролюминесценция (под действием электрического поля) и т. п. Некоторые из них вполне знакомы читателям. Например, свечение белого фосфора — результат хемилюминесценции: окисляясь под действием кислорода воздуха, светятся пары фосфора. Окислением объясняется и свечение пластиковых «фонариков» — химических источников света, только там используются не фосфор и кислород, а органический краситель и перекись водорода.

Секретных надписей нет

Люминесценция под действием ультрафиолета активно применяется для проверки подлинности различных документов, бланков и банкнот. Сейчас практически у любого кассира под рукой находится аппарат с УФ-лампой для проверки денежных купюр. Этот способ применяется с начала XX века, Роберт Вуд, знаменитый американский физик, экспериментировал с ним еще в конце Первой мировой войны. Вот как описывает это сам Вуд в книге своего биографа Вильяма Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории»:

…Они [Бюро главного цензора Британского военно-морского флота] гордо заявили мне, что изобрели бумагу, на которой невозможно сделать «невидимую» тайную запись. Ее продавали во всех почтовых отделениях, и письма, написанные на ней, можно было не подвергать никаким испытаниям. Эта бумага стала очень популярной, так как письма не задерживались цензурой. Это была обычная почтовая бумага, на которой были отпечатаны частые параллельные линии, розовые, зеленые и голубые. Красная краска разводилась в воде, зеленая в спирту, а голубая в бензине. На глаз бумага казалась серой. Так как практически любая жидкость, в которой растворены невидимые чернила, относится к одному из этих трех классов, одна из цветных линий растворится в бесцветной жидкости, стекающей с пера, и появятся следы надписи. Я вспомнил, что китайские белила получаются черными, как уголь, на фотографиях, сделанных в ультрафиолетовых лучах, и сказал: «Предположим, что я написал бы на ней тонкой палочкой китайскими белилами — тогда ни одна из линий не растворится, и все же надпись можно будет прочесть, если сфотографировать бумагу».

Метки, нанесенные невидимыми чернилами, светящимися в ультрафиолете, очень часто применяются для определения подлинности различных документов. Да и сама бумага, как правило, содержит волокна, светящиеся в ультрафиолете.

«О нет, — ответили они, — вы можете писать на ней даже зубочисткой или стеклянной палочкой без всякой краски. Цветные линии сделаны слегка мягкими или липкими, так что они смажутся и получатся темно-серые буквы. Вот вам стеклянная палочка — попробуйте сами!» (…)

Я сказал: «Хорошо. Все же я попытаюсь. Принесите мне резиновый штамп и немного вазелина». Мне принесли большой, гладкий чистый штамп военной цензуры. Я натер его вазелином, затем как следует вытер платком, пока он не перестал оставлять следы на бумаге. Затем я плотно прижал его к «шпионоупорной» бумаге, не давая соскальзывать в сторону.

«Можете ли вы обнаружить здесь надпись?» — спросил я.

Они испытали бумагу в отраженном и поляризованном свете и сказали: «Здесь ничего нет».

«Тогда давайте осветим ее ультрафиолетовыми лучами». Мы взяли ее в кабинку и положили перед моим черным окошечком. На бумаге яркими голубыми буквами, как будто к ней приложили штамп, намазанный чернилами, светились слова: «Секретных надписей нет».

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2008).

Фотолюминесценция — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 марта 2015; проверки требуют 10 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 марта 2015; проверки требуют 10 правок.

Фотолюминесценция — свечение, возбуждаемое в среде светом разной длиной волны. В зависимости от способа возбуждения наряду с фотолюминесценцией в оптике широкие исследования проводятся с электролюминесценцией, биолюминесценцией, триболюминесценцией и т. д. По-видимому, понятие флуоресценция описывает то же явление, что и фотолюминесценция. Что касается понятия фосфоресценция, то оно связано в первую очередь с твердотельными средами, носившими ранее название кристаллофосфоров.

• Резонансное излучение — простейший случай фотолюминесценции. В этом случае, излучение на выходе среды происходит на той же частоте, что и частота падающего света. Этот случай хорошо иллюстрируют опыты американского оптика Вуда (R.Wood), наблюдавшего резонансное взаимодействие светового излучения с помещенными в кювету атомарными парами натрия.

• При фотолюминесценции молекулярных и других — атомарных, наноразмерных сред излучение обычно подчиняется правилу Стокса, то есть частота испускаемого света фотолюминесценции обычно меньше, чем частота падающего. Однако, это правило часто нарушается и наряду со стоксовой наблюдается антистоксова часть спектра, то есть происходит излучение частоты, большей, чем частота возбуждающего света. Отметим, что, как правило, в общем случае, в отличие от резонансного излучения, упомянутого в начале статьи, ширина спектра фотолюминесценции оказывается большей, чем ширина спектра возбуждающего фотолюминесценцию излучения.

Эксперименты по фотолюминесценции, выполненные как в случае простых систем — атомарных, так и в ещё более сложных, чем молекулы средах, например, в случае наночастиц, помещенных в аморфную среду (жидкость или стекло) подтверждают правило Стокса в полной мере. Это следует из многочисленных экспериментов, выполненных с использованием лазеров, позволяющих осуществлять возбуждение среды в широком диапазоне частот. В этом случае, как правило, с уменьшением частоты возбуждающего излучения происходит изменение и сдвиг в стоксову область частоты максимального пика спектра фотолюминесценции, что не мешает при соблюдении определенных условий резонанса появлению антистоксовой части спектра. При фотолюминесценции энергия возбуждающего излучения переходит не только в энергию испускаемого излучения, но также и в энергию колебательного, вращательного и поступательного движения молекул или атомов, то есть в тепловую энергию (см. безызлучательная релаксация).

Фотолюминесценция и закон сохранения энергии[править | править код]

Можно показать, что квантовый выход (отношение числа испускаемых световых квантов к числу возбуждающих световых квантов) оказывается меньше единицы.

Для явления фотолюминесценции закон сохранения энергии имеет следующий вид hνi=2hν−hνij{\displaystyle h\nu _{i}=2h\nu -h\nu _{ij}}^[1], где hν{\displaystyle h\nu } — энергия квантов светового излучения, используемого для возбуждения фотолюминесценции. Величина ν{\displaystyle \nu } — частота этого излучения. Величина hνi{\displaystyle h\nu _{i}} соответствует энергии квантов излучения фотолюминесценции, а величина hνij{\displaystyle h\nu _{ij}} характеризует электронные переходы в атоме, молекуле или иной исследуемой среде, на которых происходит безызлучательная релаксация, вызывающая нагрев фотолюминесцирующей среды. В случае непрерывного спектра частоты hνij{\displaystyle h\nu _{ij}} характеризуют гармоники, на которые данный спектр может быть разложен. Этой величине соответствует достаточно широкий спектр частот, включающий всевозможные виды уширения спектральной линии, соответствующей частоте νij{\displaystyle \nu _{ij}} . Если hν{\displaystyle h\nu } меньше hνij{\displaystyle h\nu _{ij}}, то имеет место стоксова фотолюминесценция, и, наоборот, для случая, когда величина hν{\displaystyle h\nu } больше hνij{\displaystyle h\nu _{ij}} — антистоксова. Частота ν{\displaystyle \nu }, по существу, есть среднее арифметическое между частотой νij{\displaystyle \nu _{ij}}, на которой происходит поглощение избытка энергии, не преобразованной в излучение фотолюминесценции, и частотой νi{\displaystyle \nu _{i}} (одной из частотных компонент), присутствующей в спектре излучения фотолюминесценции. Из закона сохранения энергии следует известное в фотолюминесценции правило зеркальной симметрии. Действительно, из закона сохранения энергии для частот, участвующих в процессе фотолюминесценции, мы имеем соотношение симметрии: hνij−hν=hν−hνi{\displaystyle h\nu _{ij}-h\nu =h\nu -h\nu _{i}}. Родившееся на частоте фотолюминесценции излучение hνi{\displaystyle h\nu _{i}} в диспергирующей среде распространяется с замедлением, обусловленным локальными, связанными с электронными переходами (в атоме, молекуле) изменениями показателя преломления среды. По-видимому, с этим обстоятельством связано наблюдаемое при фотолюминесценции запаздывание световых процессов.

Поиск кандидата на роль элементарной частицы — аксиона осуществляется на разных участках спектра (от единиц электрон-вольт до 1 МэВ). Заслуживает внимания обстоятельство, согласно которому наблюдаемое излучение фотолюминесценции удовлетворяет необходимому и достаточному условию присутствия аксионов в случае почти резонансного взаимодействия оптического излучения и барионного вещества. В электрическом (магнитном) поле ядра атомов (молекул) за счет слияния пар фотонов действующего на атомы среды излучения возможно появление аксионов. Согласно существующим теоретическим представлениям их распад на новую пару фотонов на частотах, отсутствующих в действующем на барионное вещество излучении, может свидетельствовать о присутствии аксионов. Закон сохранения энергии для явления фотолюминесценции, рассмотренный выше, такое перераспределение энергии между исходной парой фотонов −2 hν{\displaystyle h\nu } и фотонами, вновь появившимися hνij{\displaystyle h\nu _{ij}} и hνi{\displaystyle h\nu _{i}} подтверждает. Наблюдателю доступным оказывается излучение на частоте hνi{\displaystyle h\nu _{i}}, в то время как фотоны, энергия которых равна hνij{\displaystyle h\nu _{ij}}, после распада аксиона поглощаются средой и оказываются ненаблюдаемыми.

1. Левшин Л. В. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ.-Москва: Наука,1951. с.
2. Оглуздин В. Е. Интерпретация видимой фотолюминесценции взвешенных в этаноле разновеликих наночастиц кремния //Физика и техника полупроводников.-2005 Год.-Т.39.-№ 8.-С.920-926.-
3. Оглуздин В. Е. Роль боровских частот в процессах рассеяния, люминесценции, генерации излучения в различных средах//Успехи физических наук.-2006 Год.-Т. 176.-№ 4.- С.415-420.-
4. Оглуздин В. Е. Явление люминесценции и замедление света//Известия РАН. Серия физическая.-2006 Год.-Т.70.-С.418-421.
5. Оглуздин В. Е. Роль аксионов в оптических экспериментах.- Инженерная физика.- 2015, № 9

Люминофор — Википедия

Люминофо́р (от лат. lumen — свет и др.-греч. φορός — несущий) — вещество, способное преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение (люминесцировать).

Часы с тритиевым люминофором

По химической природе люминофоры разделяются на неорганические (фосфо́ры), большинство из которых относится к кристаллофосфо́рам, и органические (органолюминофоры). Свечение неорганических люминофоров (кристаллофосфоров) обусловлено в большинстве случаев присутствием посторонних катионов, содержащихся в малых количествах (от 0,0001 % до 2 %).

Такие примеси (активаторы) обычно являются ионами переходных металлов, например, люминесценция сульфида цинка активируется примесью ионов меди.

Люминесценция — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.

Один из видов люминесценции, хемилюминесценция (свечение в результате химической реакции), наблюдался впервые в 1669 году Хеннигом Брандом, открывшим фосфор.^[1]

До ХХ века теоретические представления о сущности хемилюминесценции, сходились на том, что часть выделяющейся при химической реакции энергии не превращается в теплоту; атомы реагирующих веществ переходят при этом в возбужденное состояние, проявляющееся в свечении.

В ХХ веке Каутский и Цохер в работе над ненасыщенными соединениями кремния обнаружили, что при действии света на них происходит очень яркое явление хеми-, катодо- и фотолюминесценции (фосфоресценции и флюоресценции). Ученые обнаружили, что при охлаждении происходит усиление люминесценции, что навело их на мысль о том, что источником хемилюминесценции могут быть те же объекты, которые вызывают флюоресценцию, то есть атомы вещества, которые не принимают непосредственного участия в химической реакции, а получающие энергию для свечения от прореагировавших частиц.

В 20-х годах ХХ века по инициативе С. И. Вавилова начались исследования, направленные на создание люминесцентных ламп, новых для того времени источников света. В то же время О. В. Лосевым была обнаружена электролюминесценция, впоследствии, использующаяся в производстве светодиодов.

С начала 90-х годов помимо традиционных явлений люминесценции (газового разряда, фотолюминесценции, инжекционной и полевой электролюминесценции, низко- и высоковольтовой катодолюминесценции) началось исследование катодолюминесценции в среднем диапазоне энергий электронного пучка.^[2]

В настоящее время явление люминесценции активно используется в создании люминесцентных ламп и светодиодов, в люминофорных экранах для медицинского оборудования, в цветных экранах телевизоров и других электронных приборов, в дизайне, а также в системе безопасности и эвакуации.

С каждым годом технологии производства люминесцирующих веществ совершенствуются, что помогает создавать люминофоры с улучшенными световыми качествами.

Список веществ, способных создавать свечение под тем или иным воздействием достаточно обширен, и поэтому существует несколько видов классификаций данных соединений.^[2] Классификация по методу возбуждения является наиболее удобной, поэтому во многих книгах о люминофорах используют именно её.

Классификация по способу возбуждения люминесценции

Способ возбуждения люминесценции	Вид люминофоров
УФ излучением	Фотолюминофор
Пучком электронов	Катодолюминофор
Электрическим полем	Электролюминофор
α-, β- излучением радиоактивных волн	Радиолюминофоры
Рентгеновским или γ- излучением	Рентгенолюминофор

Классификация по виду поглощаемой энергии

Вид люминесценции	Вид поглощаемой энергии
Фотолюминесценция	Электромагнитное излучение (УФ, видимое)
Рентгенолюминесценция	Электромагнитное излучение (рентгеновское)
Катодолюминесценция	Кинетическая энергия электронов
Электролюминесценция	Энергия электрического поля
Радиолюминесценция	Энергия α-, β-, γ- лучей, ионов
Хемилюминесценция	Энергия химической реакции
Биолюминесценция	Энергия биохимической реакции
Триболюминесценция	Механическая энергия трения
Термолюминесценция	Тепловая энергия

Классификация по характеру процессов вызывающих свечение

Характер	Люминофор
Внутрицентровой	Используется непроводящий люминофор с, или люминофор с дискретными центрами
Рекомбинационный	Используется фотопроводящий люминофор

Важная характеристика люминофоров — спектры поглощения, отражающие зависимость величины поглощаемой энергии от длины волны падающего на люминофор света. Спектр излучения люминофора зависит от химической природы активатора и основы люминофора, их взаимодействия, а в случае люминофоров с несколькими активаторами и от взаимодействия активаторов между собой. Спектры излучения могут зависеть от интенсивности и длины волны возбуждающего света, а также от температуры.^[3]

Зависимость спектров излучения от длины волны возбуждающего света может быть хорошо прослежена на характеристических люминофорах (Ca, Mg)₃(PO₄)₂·Sn и (Ca, Zn)₃(PO₄)₂·Sn. Их спектры излучения состоят из широких полос, расположенных в красной и зелёной областях спектра.^[3]

Количество веществ, которые можно использовать для синтеза люминофоров достаточно велико, однако на практике используются следующие классы соединений: халькогениды и фосфаты металлов второй группы, силикаты, оксиды, вольфраматы, соединения редкоземельных элементов.

Технология изготовления люминофоров относится к высокотемпературному тонкому неорганическому синтезу. Люминофоры используют в виде поликристаллических порошков, реже в виде монокристаллов и тонких плёнок. Синтез люминофоров производят при 900—1200ºС.

Для получения люминофора с заданными свойствами необходимо строго соблюдать состав шихты и условия прокаливания, не допускать попадания случайных примесей, обеспечить тщательную сушку люминофора. Также необходимо соблюдать чистоту материалов на всех этапах синтеза.^[2]

Халькогениды элементов второй группы

Почти все халькогениды представляют собой фотополупроводниковые соединения с электронным типом проводимости (примесь имеет валентность большую, чем чистый полупроводник, появляются свободные электроны). Для теллурида цинка характерна дырочная проводимость (примесь имеет меньшую валентность, чем чистый полупроводник, появляются разрывы связей — дырки), а для теллурида кадмия дырочная и электронная.^[2]

Халькогенидам цинка и кадмия присуща «самоактивированная» люминесценция, обусловленная собственными дефектами, либо ассоциатами с примесью галогенов или трехвалентных катионов. Также для халькогенидов характерна люминесценция, связанная с введением активирующих примесей.^[3]

Люминофоры на основе сульфидов щелочноземельных металлов синтезируют прокаливанием смесей соответствующих карбонатов с активатором, серой, плавнями и восстановителем. Основная реакция, которая протекает при синтезе люминофоров может быть представлена уравнением :

4MeCO3+4S→3MeS+MeSO4+4CO2{\displaystyle {\mathsf {4MeCO_{3}+4S\rightarrow 3MeS+MeSO_{4}+4CO_{2}}}}

Сульфид цинка можно получить сероводородным методом по реакции:

ZnSO4+h3S→ZnS+h3SO4{\displaystyle {\mathsf {ZnSO_{4}+H_{2}S\rightarrow ZnS+H_{2}SO_{4}}}}

Также следует упомянуть тиосульфатный метод получения сульфидов, основанный на реакциях, которые могут быть упрощенно записаны как:

MeSO4+2Na2S2O3→MeS2O3+Na2SO4{\displaystyle {\mathsf {MeSO_{4}+2Na_{2}S_{2}O_{3}\rightarrow MeS_{2}O_{3}+Na_{2}SO_{4}}}}

MeS2O3+h3O→MeS+h3SO4{\displaystyle {\mathsf {MeS_{2}O_{3}+H_{2}O\rightarrow MeS+H_{2}SO_{4}}}}

При синтезе халькогенидных люминофоров исходные сульфиды получают заранее. Синтез происходит в 3 этапа:

Приготовление шихты

На технических весах взвешивают нужное количество халькогенида (порошок) и добавляют к нему заданное количество растворов плавня (вещество, добавляемое к руде при её плавке для увеличения плавкости имеющихся в ней примесей и образования шлаков) и активатора (вещество, интенсифицирующее физические и химические процессы). Шихта (исходная смесь, использующаяся в пирометаллургических или иных высокотемпературных процессах) тщательно перемешивается.

Сушка

Шихта высушивается при 100—120ºС в сушильном шкафу до пыления в течение времени зависящего от количества шихты (примерно 0,5-1 час).

Прокаливание

Прокаливание проводится в муфельной печи при заданной температуре 900—1200ºС в течение времени, зависящего от количества шихты (около 0,5-1 часа). На стадии прокаливания шихты происходит процесс образования люминофора, то есть кристаллизация основного вещества, диффузия введенных в шихту активирующих примесей, гетерогенные химические и межкристаллические реакции образования в решетке различных дефектов.^[2]

Селениды цинка и кадмия получают из сульфидов по реакции, которая в упрощенном виде выглядит так:^[3]

MeS+h3SeO3→MeSe+SO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {MeS+H_{2}SeO_{3}\rightarrow MeSe+SO_{2}+H_{2}O}}}

Фосфаты металлов второй группы

Среди фосфатов наиболее широкое применение в производстве люминофоров находит фосфат кальция, который используется для люминесцентных источников света. Разнообразие люминесцентных свойств фосфатов заключается в наличии у них большого количества полиморфных модификаций, относительной рыхлостью решеток, которые создают благоприятные условия для формирования люминофора. Также для синтеза люминофоров используют фосфат цинка, который является основой для синтеза катодолюминофоров с красным излучением. Двойные фосфаты кальция и магния используют для синтеза люминофоров, которые впоследствии применяют в лампах ультрафиолетового излучения.^[2]

Фосфаты в твердой фазе можно синтезировать по-разному. Например, фосфаты кальция и стронция получаются по одному из следующих вариантов:^[3]

Me2P2O7+MeCO3→1000∘CMe(PO4)2+CO2{\displaystyle {\mathsf {Me_{2}P_{2}O_{7}+MeCO_{3}{\xrightarrow {1000^{\circ }C}}Me(PO_{4})_{2}+CO_{2}}}}

3MeCO3+2(Nh5)2HPO4→1100∘CMe3(PO4)2+4Nh4+3CO2+2h3O{\displaystyle {\mathsf {3MeCO_{3}+2(NH_{4})_{2}HPO_{4}{\xrightarrow {1100^{\circ }C}}Me_{3}(PO_{4})_{2}+4NH_{3}+3CO_{2}+2H_{2}O}}}

Силикаты

Самое большое распространение в производстве силикатных люминофоров получил силикат цинка, использующийся как основа для катодолюминофоров с зелёным свечением. Благодаря высокой химической и термической стойкости, стабильности к электронной бомбардировке, силикатные люминофоры используются в электронно-лучевых приборах.^[2] Силикат цинка готовят прокаливанием смеси ZnO c SiO₂ при 1200º.^[3]

Силикат кальция, активированный Pb и Mn может быть получен путем прокаливания смеси карбонатов или окислов соответствующих металлов с SiO₂. Для этого требуется температура в 1150º и атмосфера водяного пара, который оказывает минерализующее действие (превращение в твердое состояние).^[3]

Оксидные системы

Многие металлы II, III, IV групп периодической системы обладают люминесценцией при фото-, катодном и рентгеновском возбуждении, но практическое применение имеют немногие. Наиболее широкое применение получил оксид цинка, использующийся в качестве катодолюминофора с очень коротким послесвечением, а также в низковольтных катодолюминофорных индикаторах.

В качестве основы для синтеза катодолюминофоров всё более широкое применение имеют оксиды и оксисульфиды редкоземельных элементов (РЗЭ). Их существенным преимуществом является большая насыщенность цвета и высокая стабильность к электронной бомбардировке.^[2]

Вольфраматы

Вольфраматные люминофоры в основном относятся к самоактиворованным, то есть люминесцируют без введения активатора.^[2]

Соединения редкоземельных элементов

Соединения РЗЭ успешно играют роль, как основного вещества, так и активатора. Такие соединения используются в синтезе катодолюминофоров, работающих при высоких плотностях тока электронного возбуждения.^[2]

Использование люминофоров в технике позволяет нам экономить на электроэнергии, так как развитие полупроводниковой техники стимулировало работы по созданию инжекционных электролюминесцентных источников освещения. Возможность смотреть телевизор предоставляется благодаря люминофорам, ведь для экранов приемных телевизионных трубок практикуется использование смесей люминофоров для получения высокой яркости свечения близкого к белому. Применение люминофоров в медицинской отрасли позволяет делать рентген и флюорографию. А также способность люминофоров светиться без электрического источника энергии нашла применение в системах эвакуации и пожарной безопасности.

Неорганические люминофоры применяют в люминесцентных лампах, электронно-лучевых трубках, для изготовления рентгеновских экранов, служат индикаторами радиации и др.

Органические люминофоры (иногда их называют «люмогены») применяют для изготовления ярких флуоресцентных красок для окрашивания текстиля, пластмасс, украшений, в типографских красках, для пигментации полимерной глины, красок для обоев, пигментов для татуировки, косметики, люминесцирующих материалов, используют для выявления трещин в деталях, чувствительном люминесцентном анализе в химии, биологии, медицине и криминалистике.

1. ↑ Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. — Москва, 1991.
2. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10} Гурецкая З.И. Технология люминофоров и люминесцентных экранов. — Москва, 2005.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7} Казанкин О.Ф., Марковский Л.Я., Миронов И.А., Пекерман Ф.М., Пето-шина Л.Н. Неорганические люминофоры. — Ленинград, 1975.

• Жиров Н. Ф. Люминофоры. — М.: Гос. изд-во оборонной пром-ти, 1940. — 480 с.

Флуоресцентные лампы(люминесцентные). Виды и устройство.Работа

В современный период флуоресцентные лампы получили широкое применение среди других видов осветительных ламп. Уже в 70-х годах они начали заменять обычные лампы накаливания на производстве и в различных учреждениях. Они имеют достаточно высокую эффективность, качественно освещают помещения и территории.

Флуоресцентная лампа – это источник света, получаемого от свечения разрядов газа. Она состоит из стеклянной трубки, на внутренней поверхности которой нанесен слой люминофора. На торцах трубки находятся электроды в виде спиралей. В полость трубки закачан инертный газ и пары ртути. Под напряжением на электродах в лампе образуется разряд газа, ток проходит по парам ртути, возникает свечение.

Технология изготовления этих ламп постоянно совершенствуется, уменьшаются размеры, повышается яркость и качество света. С 2000-х годов такие лампы используются в домашнем хозяйстве. В настоящее время лампы получили название люминесцентных. По сути и принципу действия это одни и те же лампы. Хотя старое название также используется, поэтому в разной литературе они называются по-разному.

Типы флуоресцентных ламп и их устройство

У нас в стране энергосберегающими лампами называют (люминесцентные) флуоресцентные лампы для бытового применения. Многие не знают, что лампы в виде спирали, которые используются в быту, и называются энергосберегающими, являются по принципу действия флуоресцентными лампами. Энергоэффективность приборов освещения делится на два класса: А и В.

Наиболее правильной будет классифицировать флуоресцентные лампы по различным признакам. Учитывая технологию производства и область применения, выделяют следующие типы ламп:

• Стандартные флуоресцентные лампы диаметром 26 мм, имеющие несколько слоев люминофора.
• Флуоресцентные лампы компактных размеров, имеющие трубку различной конфигурации, также покрытой люминофором.
• Лампы специального назначения.

Также флуоресцентные лампы делятся по другим признакам:

• Мощность энергии потребления.
• Световой поток.
• Цветовая температура.
• Индекс цветопередачи.
• Длина лампы.
• Размер цоколя.
• Вид подключения.
• Размещение пускателя. Размещается в корпусе лампы или в светильнике.

Основным элементом флуоресцентных ламп являются пары ртути в малой концентрации. При прохождении через них электрического тока образуется ультрафиолетовое излучение. Люминофор – это химическое вещество, находящееся на внутренней поверхности трубки лампы, преобразующее ультрафиолетовое излучение в видимый для глаз свет. Качество света зависит от состава люминофора.

Принцип действия

При включении питания в стартере образуется небольшой тлеющий разряд, под действием него нагреваются электроды.

Один из электродов изготовлен из биметаллического материала. При нагревании он изгибается и прикасается к другому электроду. В итоге в цепи резко увеличивается электрический ток, разряд в стартере прекращается. Повышающийся ток нагревает электроды флуоресцентной лампы. они начинают выпускать электроны. Это является подготовкой к запуску работы лампы.

Электроды в стартере в это время охлаждаются, биметаллический элемент выправляется, и между электродами появляется зазор. Сила тока в схеме значительно снижается. В дросселе появляется мгновенное повышенное напряжение, которое называется напряжением самоиндукции. Оно препятствует снижению этого тока. При суммировании с напряжением цепи, напряжение самоиндукции образует в лампе короткий импульс напряжения, которого хватает для образования электроразряда в газе.

Сначала разряд возникает в аргоне, а затем, когда газ разогреется, в ртутных парах. Во время свечения лампы напряжение на электродах, а значит и электродах стартера, подключенного к лампе по параллельной схеме, меньше напряжения цепи на размер ЭДС самоиндукции, появляющейся в дросселе при загорании лампы.

Поэтому, дроссель предназначен не только для запуска люминесцентной лампы, но и в создании препятствия неограниченного повышения тока разряда. Если бы дросселя не было, то при увеличении тока лампа разрушилась бы, либо вышли из строя предохранители сети питания квартиры.

Конденсатор С1 в схеме стартера предназначен для подавления помех радиочастотных волн. А емкость С2 служит для увеличения коэффициента мощности.

Особенности и преимущества флуоресцентных ламп

Ультрафиолетовое излучение заставляет светиться люминофор видимым для глаза человека светом. Стекло колбы лампы не дает выхода вредному ультрафиолетовому излучению. Этим оно защищает наши глаза.

Бактерицидные лампы имеют в своей конструкции кварцевое стекло, которое легко пропускает ультрафиолет. Такие лампы применяются для дезинфекции и кварцевания помещений в медицине. Большое распространение имеют сегодня лампы с амальгамами кадмия и другими элементами. В них давление ртути снижено, вследствие чего расширяется интервал температур отдачи света до 60 градусов. Для чистой ртути эта величина составляет 25 градусов.

При возрастании температуры воздуха больше 25 градусов, температура стенок лампы и давление паров ртути повышается, а поток света снижается. Еще сильнее уменьшается поток света при снижении температуры и давления паров. При этом запуск ламп затрудняется. Поэтому в холодное время применение флуоресцентных ламп ограничено.

Чтобы решить эту проблему, разработана конструкция безртутных люминесцентных ламп, в которых давление инертного газа низкое. В них слой люминофора начинает светиться от излучения с величиной длины волны 58-147 нанометров. Так как давление газа в таких лампах не зависит от температуры воздуха, то поток света не изменяется. Сегодня существуют лампы нового поколения Т5. Они более компактны, в них используется высокочастотный пускатель.

Чем больше длина лампы, тем сильнее поток света. Это происходит из-за уменьшения анодно-катодных потер в потоке света. Поэтому выгоднее применить одну лампочку на 36 ватт, чем 2 лампы по 18 ватт. Срок действия у таких ламп ограничивается распылением катодов. Также снижают срок службы колебания напряжения сети питания и частые переключения.

Достоинства

Флуоресцентные лампы нашли широкое применение в связи с тем, что они обладают значительными достоинствами, по сравнению с простыми лампочками накаливания.

• Повышенная эффективность. Световая отдача выше в 10 раз, чем у ламп накаливания, КПД 25% по сравнению с лампами накаливания – 7%.
• Большой срок работы – до 20000 часов.

Недостатки

• Требуется подключение балласта для нормальной работы лампы.
• Устойчивая работа лампы зависит от температуры воздуха.

Излучение света оказывает на людей значительное воздействие, как психологическое, так и физиологическое, но чаще благотворное. Самым полезным считается дневной свет. Он оказывает влияние на процессы жизни человека, обмен веществ, развитие в физическом плане и т.д. Искусственное освещение отличается от дневного света. Лампы накаливания излучают желтый и красный спектр света, ультрафиолет отсутствует, поэтому они считаются теплыми источниками света.

Еще одним достоинством люминесцентных ламп является возможность образования света разного спектра, от теплого до дневного. Это делает богаче цветовую палитру домашнего быта. Для разных областей применения рекомендуют свои цвета.

Как изготавливают флуоресцентные лампы

Эта лампа была изобретена в 1909 году. До сих пор ее конструкция принципиально не изменилась. Их изготовление является сложным процессом. Нужна механическая хореография, которая включает в себя сварку, и плавку, а также изгибы, пайка, окраска.

Технологический процесс начинается с трубок из стекла. До этого их тщательно подвергают промывке в теплой воде для удаления примесей и грязи. Далее трубкам придается специфическая форма. Их подвергают нагреву в течение половины минуты, потом быстро сгибают по шаблону. Автоматический станок изгибает трубки со скоростью 14 штук в минуту.

Изогнутые трубки идут в камеру, в которой наносится небольшой слой фосфора на внутреннюю поверхность. Фосфор образует световой поток, преобразуя ультрафиолет, образующийся во время ионизации паров ртути. С краев трубки убирают излишки фосфора, для последующей пайки.

Теперь нужно установить компоненты электросхемы. Монтажным автоматом изготавливается катодное устройство. По ним будет поступать ток. Проводникам придается нужная форма, затем их нагревают до определенного значения температуры. Это является подготовкой к следующему этапу, потому что важно не дать катодному покрытию перейти на штырьки.

Нити лампы вставляют в опору. Эмиссионное вещество в этом процессе имеет большое значение. Она испускает электроны, участвующие в образовании светового потока. На следующем этапе соединяют подставку и стеклянную трубку. Пайка производится при высокой температуре.

Теперь остается самый важный процесс, во время которого выкачивают воздух из трубки и заполняют ее инертным газом. На этой же операции в трубку впрыскивается капля ртути, которая очень важна для образования света.

Следующий этап – это размещение проводов, чтобы установить крышку, закрывающую трубку. Крышка создает электрический контакт, и надевается на конец трубки. Она должна иметь абсолютную герметичность, чтобы не было утечки. Теперь лампа готова.

Каждый образец лампы ставят на испытательное колесо для проверки качества.

После тщательной проверки флуоресцентные лампы перевозят на упаковку. Эта операция требует необходимой точности и ловкости. С помощью фосфора, ртути и паяльных ламп изготавливается устройство, не изменившееся за последний век.

Похожие темы: