Luminescence: turlari, usullari va ilovalar. Termik, dalda lüminesans - bu nima?

Luminescence - nisbatan sovuq holatda ma'lum materiallar tomonidan nurning emissiyasi. Issiq jismlarning nurlanishidan farqli o'laroq, masalan, yog'ochni yoki ko'mirni, elektr quvvati bilan qizdirilgan temir va simni yondirish. Yorug'likning emissiyasi kuzatiladi:

• Neon va floresan lampalarda, televizorlarda, radarlarda va floroskoplarda ekranlarda;
• Organik moddalarda, masalan, luminol yoki lusiferin;
• Tashqi reklama uchun ishlatiladigan ba'zi pigmentlarda;
• Yildirim va aurora borealis bilan.

Bu barcha hodisalarda yorug'lik nurlanishi materiyaning xona haroratining yuqoriligida emas, shuning uchun u sovuq nur deb ataladi. Luminesans materiallarining amaliy qiymati ularning ko'zga ko'rinmaydigan energiya shakllarini ko'zga ko'rinadigan radiatsiyaga aylantirish qobiliyatidir .

Manbalar va jarayonlar

Luminatsiyaning hodisasi, masalan, ipie yoki rentgen nurlarining manbai, elektron nurlari, kimyoviy reaktsiyalar va hokazo. Materiallar tomonidan energiyani emirilishi natijasida yuzaga keladi. Bu moddalar atomlarning atom energiyasiga aylanishiga sabab bo'ladi. Bu holat beqaror bo'lgani uchun, material asl holatiga qaytadi va so'rilgan energiya nur va / yoki issiqlik shaklida chiqariladi. Bu jarayonda faqat tashqi elektronlar ishtirok etadilar. Yorug'lik samaradorligi energiya energiyasini nurga aylantirish darajasiga bog'liq. Amaliy foydalanish uchun etarli samarador materiallar soni nisbatan kichik.

Yorug'lik va gurkirash

Yorug'likni uyg'otish atomlarning qo'zg'alishi bilan bog'liq emas. Issiq materiallar chiriydigan narsalar natijasida paydo bo'lganda, ularning atomlari hayajonlangan holatda. Ular xona haroratiga tebranishlariga qaramasdan, bu radiatsiya spektrning uzoq infraqizil mintaqasida sodir bo'lishiga kifoya qiladi. Borayotgan haroratda elektromagnit nurlanishning chastotasi ko'rinadigan hududga o'tadi. Boshqa tarafdan, masalan, zarb naychalarida yaratilgan juda yuqori haroratlarda atomlarning to'qnashuvlari shu darajada kuchli bo'lishi mumkinki, elektronlar ulardan ajralib, ularni bir-biridan ajratib, nur chiqaradi. Bunday holda, luminesans va inconcezans farqlanmaydi.

Floresan pigmentlari va bo'yoqlar

An'anaviy pigmentlar va bo'yoqlar rangga egadir, chunki ular spektrning bir qismini so'riladi. Energiyaning kichik qismi issiqlikka aylanadi, ammo sezilarli darajada radiatsiya bo'lmaydi. Biroq, agar luminesans pigment spektrning ma'lum bir qismida yorug'likni so'rasa, u fotonlarni aks ettiradigan yoritgichlardan farq qilishi mumkin. Bu bo'yoq molekulasi yoki pigment ichidagi jarayonlar natijasida yuzaga keladi, buning natijasida ultrabinafsha ko'rinishi, masalan, ko'k nurga aylantirilishi mumkin. Bu kabi luminesans usullari tashqi reklama va kir yuvish uchun ishlatiladi. Oxirgi holatda, "tozalash vositasi" nafaqat oqni aks ettirish uchun emas, balki ultrabinafsha nurlanishni ko'klarga aylantirish uchun ham to'qimalarda qolmoqda, bu sarg'ishlik va oqlikni kuchaytiradi.

Erta izlanishlar

Chiroq, shimoliy chiroqlar va olov va qo'ziqorinlarning qorong'ilashishi insoniyatga har doim ma'lum bo'lgan bo'lsa-da, 1603 yilda Bolognadan (Italiya) kimyogar va ayakkabıcı bo'lgan Vincenzo Cascariolo bariy sulfat (barit, Katta ko'mir bilan). Sovutgandan keyin olingan kukun, tungi mavsumiy nurlar porladi va Cascariolo kukunni quyosh nuriga olib kelishi bilan tiklanishi mumkinligini payqadi. Moddga "lapis solaris" yoki quyosh toshi, deyiladi, chunki alchemistlar metallni quyoshga aylantirishi mumkin, degan umidda edilar. Keyinchalik, materiallar va boshqa ismlar, jumladan, "fosfor", ya'ni "nur nurlari" degan ma'noni anglatuvchi ko'pgina olimlarning qiziqish uyg'otdi.

Bugungi kunda "fosfor" nomi faqat kimyoviy element uchun ishlatiladi, mikrokristalli luminesans materiallarga esa fosfor deyiladi. "Fosfor" Cascario, ehtimol, bariy sulfid edi. Birinchi savdo sifatida sotiladigan fosfor (1870) - "Balmainning bo'yog'i" - kaltsiy sulfidining eritmasi. 1866 yilda sink sulfididan birinchi barqaror fosfor ta'riflangan - zamonaviy texnologiyalarning eng muhimlaridan biri.

Yog'och yoki go'shti va o't o'chiruvchilarning parchalanishi natijasida paydo bo'lgan luminesansning dastlabki ilmiy ishlaridan biri 1672 yilda ingliz olimi Robert Boyl tomonidan amalga oshirildi. U bu nurning biokimyoviy kelib chiqishi haqida bilmagan bo'lsa-da, bioluminesans tizimlarining asosiy xususiyatlarini aniqladi:

• Yorug'lik sovuq;
• Alkogol, xlorid kislotasi va ammiak kabi kimyoviy moddalar tomonidan bostirilgan bo'lishi mumkin;
• Radiatsiya havoga kirishni talab qiladi.

1885-1887 yillarda g'arbiy-hindli olovli yong'inlardan (yong'oq chig'anoqlari) va mollyuskalardan aralashgan holda, nur chiqaradigan xom ekstrakti aniqlandi.

Birinchi samarali chemiluminescent materiallar 1928 yilda kashf etilgan luminol kabi biologik bo'lmagan sintetik moddalar bo'lgan.

Kimyoviy va bioluminesans

Kimyoviy reaktsiyalarda, ayniqsa oksidlanish reaktsiyalarida chiqarilgan energiyaning ko'pi issiqlik shakliga ega. Biroq, ba'zi reaksiyalarda uning bir qismi elektronni yuqori darajaga chiqarish uchun va chemiluminesensiya boshlanishidan oldin flüoresan molekulalarda (CL) ishlatiladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, CL - universal fenomen, ammo luminesansning intensivligi sezgir detektorlardan foydalanishni talab qiladigan darajada kichik. Shu bilan birga, yorqin CLni ko'rsatadigan ba'zi birikmalar mavjud. Ulardan eng mashhuri luminol bo'lib, u vodorod peroksid bilan oksidlanib, kuchli ko'k yoki ko'k-yashil chiroq hosil qilishi mumkin. Boshqa kuchli CL-moddalar lucigenin va lofindir. Ularning yorqinligiga qaramasdan, ularning hammasi kimyoviy energiyani nurga aylantirishda samarali emas, chunki molekulalarning 1 foizdan kamrog'i nur chiqaradi. 1960-yillarda qudratli floresan aromatik moddalar borligida suvsiz erituvchilarda oksidlangan oksalik kislota esterlari 23% gacha yorug'lik nurini chiqaradi.

Biyolüminesans, fermentlar tomonidan katalizatorlangan maxsus CL tipidir. Bunday reaktsiyalarning luminesans rentabellik darajasi 100% gacha yetishi mumkin, ya'ni ta'sir qiluvchi lusiferinning har bir molekuli radiatsion holatga o'tadi. Bugungi kunda ma'lum bo'lgan barcha bioluminesans reaktsiyalar havo borligida sodir bo'lgan oksidlanish reaktsiyalari bilan katalizlanadi.

Issiqlik bilan yoritilgan luminesans

Termolüminesans termal radiatsiya emas, balki elektronlar issiqlik bilan ta'sirlangan materiallarning yorug'lik emissiyasini kuchaytirish hisoblanadi. Issiqlik bilan stimulyatsiya qilingan luminesans ba'zi minerallarda va ayniqsa, kristall fosforlarda yorug'lik bilan ishlanganidan keyin kuzatiladi.

Photoluminescence

Elektromagnit nurlanishning moddaning ta'siri ostida yuzaga keladigan fotolüminesans ultrabinafsha dan rentgen va gamma nurlariga qadar ko'rinadigan yorug'lik oralig'ida amalga oshirilishi mumkin. Fotonlar keltiradigan yorug'likda yoritilgan nurning to'lqin uzunligi, qoida tariqasida, hayajonli (ya'ni kichik yoki kichik energiyaga teng) to'lqin uzunligiga teng yoki undan ko'pdir. Dalgaboyining bu farqi kiruvchi energiyani atom yoki ionlarning tebranishlariga aylantirish bilan bog'liq. Ba'zan, lazer nuriga qattiq ta'sir qilish bilan, chiqadigan nur qisqa to'lqin uzunligiga ega bo'lishi mumkin.

PL ning ultrabinafsha nurlari bilan hayajonlanishini 1801 yilda nemis fizikasi Ioan Ritter kashf qilgan. Uning ta'kidlashicha, fosforlar spektrning binafsha rangli qismi orqasida ko'zga ko'rinmas mintaqada porlaydilar va u holda UV nurlarini kashf etdilar. UVni ko'rinadigan nurga aylantirish katta amaliy ahamiyatga ega.

Gamma va rentgen nurlari kristalli fosforlarni va boshqa materiallarni lyuminitsion holatga keltirib chiqadi, keyinchalik elektronlar va ionlarning rekombinatsiyasi natijasida hosil bo'ladi, natijada luminesans hosil bo'ladi. X-ray diagnostikasida ishlatiladigan floroskoplarda va sintillashtirilgan taymerlarda ishlatiladi. Ikkinchisi photomultiplier sirtiga optik aloqada bo'lgan fosfor bilan qoplangan diskga yo'naltirilgan gamma radiatsiyasini aniqlaydi va o'lchaydi.

Triboluminesans

Ba'zi moddalarning kristallari, masalan, shakar ezilganida uchqun paydo bo'ladi. Xuddi shu narsa ko'plab organik va noorganik moddalarda kuzatiladi. Ushbu turdagi luminesans barcha ijobiy va salbiy elektr toki bilan hosil bo'ladi. Ikkinchisi sirtni mexanik ajratish va kristallanish jarayonida ishlab chiqariladi. Nur radyasyonu, keyinchalik to'g'ridan-to'g'ri, molekulalarning qismlari orasidagi ajratilgan sirt yaqinidagi atmosferaning luminesansının uyarılmasıyla, bir deşarjdan kelib chiqadi.

Electroluminescence

Termoluminesans kabi, elektroluminesans (EL) atamasi har xil turdagi luminesansni o'z ichiga oladi, ularning umumiy xususiyati gazlar, suyuqliklar va qattiq moddalarda elektr oqimi bilan yoritilganligi. 1752 yili Benjamin Franklin atmosferadagi elektr oqimi tufayli chaqmoqning yorug'ligini yaratdi. 1860 yilda Londondagi Shohlar Jamiyatida birinchi marta bir chashma chiroq paydo bo'ldi. Yuqori kuchlanish past bosim ostida karbonat angidriddan chiqarilganda yorqin oq rang hosil qildi. Zamonaviy floresan lampalar elektroluminesans va fotolüminesans birlashmasiga asoslangan: chiroq ichidagi simob atomlari elektr deşarjidan ta'sirlanib, ular chiqaradigan ultrabinafsha radiatsiya fosfor yordamida ko'rinadigan nurga aylanadi.

Elektroliz jarayonida elektrodlarda kuzatilgan EL, ionlarning rekombinatsiyasi bilan bog'liq (shuning uchun u bir xil ximyillikni hosil qiladi). Elektr maydonining luminesan sink sulfidining yorug'lik qatlamlari ta'sirida yorug'lik chiqariladi, bu esa elektroluminesans deb ataladi.

Ko'plab materiallar tezlashtirilgan elektronlar - olmos, yaqut, kristalli fosfor va ba'zi murakkab platina tuzlari ta'siri ostida nurni chiqaradi. Katodoluminesansning birinchi amaliy qo'llanmasi osiloskopdir (1897). Yaxshilangan kristalli fosforlarni ishlatadigan shu kabi ekranlar televizorlar, radar, osiloskoplar va elektron mikroskoplarda ishlatiladi.

Radiolüminesans

Radioaktiv elementlar alfa zarralarini (geliy yadrolari), elektronlarni va gamma nurlarini (yuqori energiyali elektromagnit nurlanish) chiqarishi mumkin. Radiatsion yorug'lik - radioaktiv modda ta'sirlangan yorug'lik. Alfa zarralarini kristalli fosfor bilan bombardimon qilganda mikroskop ostidagi kichik titrash ko'rsatiladi. Bu printsip ingliz fizikasi Ernest Ruterford tomonidan atomning markaziy yadrosi ekanligini isbotlash uchun ishlatilgan. Soatlar va boshqa vositalarni markalash uchun ishlatiladigan o'z-o'zini yorituvchi bo'yoqlar radar asosida ishlaydi. Ular fosfor va radioaktiv moddadan iborat, masalan, trityum yoki radius. Ta'sirchan tabiiy luminesans shimoliy chiroqlardir: Quyoshdagi radioaktiv jarayonlar keng miqdordagi elektronlar va ionlarni kosmosga tashlaydi. Erga yaqinlashganda, uning geomagnit maydoni ularni qutblarga yo'naltiradi. Atmosferaning yuqori qatlamlarida gazni chiqarish jarayoni mashhur polar chiroqlarni yaratadi.

Luminescence: jarayonning fizikasi

Ko'rinuvchi yorug'likning chiqishi (ya'ni, 690 nm va 400 nm to'lqin uzunlikdagi) energiya energiyasini talab qiladi, eng kami Eynshteyn qonuni bilan belgilanadi. Energiya (E) to'lqin uzunligi (l) ga bo'lingan (l) yorug'lik chastotasi (n) bilan yoki uning vakuum (s) da tezlik bilan ko'payib boradigan Plank sobitiga teng: E = hn = hc / l.

Shunday qilib, energiya uchun energiya energiya miqdori uchun 40 kilocaloradan (qizil uchun) 60 kilokalorgacha (sariq uchun) va 80 kilokalorga (binafsha rangda) to'g'ri keladi. Energiya orqali elektron vodlarini (1 eV = 1,6 × ^10-12 gacha) ifodalashning yana bir usuli - 1,8 dan 3.1 ga gacha.

Ta'sir etuvchi energiya, ularning asosiy energiya darajasidan yuqori darajasiga o'tishga lominesans uchun javobgar elektronlarga o'tkaziladi. Ushbu davlatlar kvant mexanikasi qonunlari bilan belgilanadi. Harakatlarning turli mexanizmlari bitta atom va molekulada, molekulalarning kombinasyonlarida yoki kristallda sodir bo'lishiga bog'liq. Ular elektronlar, musbat ionlar yoki fotonlar kabi tezlashtirilgan zarrachalar ta'siri bilan boshlanadi.

Ko'pincha ogohlantiruvchi energiya elektronni radiatsiya darajasiga ko'tarish uchun juda zarur. Misol uchun, televidenie ekranlarida fosforli kristalllarning yoritilishi katot elektronlar tomonidan o'rtacha energiya 25000 elektron volt bilan ishlab chiqariladi. Shunga qaramay, floresan nurining rangi deyarli zarrachalarning energiyasidan mustaqildir. Bu kristal markazlarning energetik quvvati darajasidan ta'sirlanadi.

Floresan lampalar

Luminesansning paydo bo'lishiga bog'liq bo'lgan zarrachalar atom yoki molekulalarning tashqi elektronlaridir. Misol uchun, floresan lampalarda energiya 6.7 va undan yuqori bo'lgan energiya ta'siri ostida simob atomi qo'zg'aladi, bu ikki tashqi elektrondan birini yuqori darajaga ko'taradi. Tuproq holatiga qaytganidan so'ng energiya farqi ultrabinafsha nur shaklida radiatsiya sifatida 185 nm to'lqin uzunligida radiatsiya hosil qiladi. Boshqa daraja bilan tayanch o'rtasidagi o'tish 254 nm da ultrabinafsha nurlanishini hosil qiladi, bu o'z navbatida ko'rinadigan yorug'lik hosil qiluvchi boshqa luminophorlarni uyg'otishi mumkin.

Ushbu nurlanish, past bosimli deşarj lampalar ishlatiladigan past simob bug'lari bosimlarida ( ^10-5 atmosfera) ayniqsa, qizg'in. Shunday qilib, elektron energiyaning taxminan 60 foizi monoxromatik UV nuriga aylanadi .

Yuqori bosimlarda chastotalar oshadi. Spektr endi 254 nm bitta spektrli chiziqdan iborat emas va radiatsion energiya turli elektron sathlarga mos keladigan spektral chiziqlar bo'yicha taqsimlanadi: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 va 578 nm. Yuqori bosimli simob lampalar yorug'lik uchun ishlatiladi, chunki 405-546 nm ko'ndalang-yashil rangga mos keladi va nurning bir qismi fosfor yordamida qizil nurga aylantirilsa oq natija hosil bo'ladi.

Gaz molekulalari xiralashganida, ularning lyuminesans spektrlari keng tarmoqli; Faqat elektronlar energiyaning yuqori darajasiga ko'tariladi, ammo ayni paytda atomlarning vibratsiyali va aylanish harakatlariga umuman qiziqish uyg'otadi. Buning sababi shundaki, molekulalarning titrasyonel va aylanishli energiyalari, bir qatorni tashkil etuvchi bir oz farqli to'lqin uzunliklari to'plamini shakllantirish uchun birlashtiradigan o'tish energiyasidan 10 ^-2 va 10 ^-4 orasida. Keyinchalik katta molekulalarda bir nechta choklar, birinchisi, har bir o'tish uchun. Eritmada molekulalarning radiatsiya darajasi asosan chiziqlar bo'lib, ko'plab qo'zg'algan molekulalarning solventli molekulalar bilan o'zaro ta'siri natijasida yuzaga keladi. Molekulalarda, atomlarda bo'lgani kabi, molekulyar orbitallarning tashqi elektronlari luminesansga qo'shilishadi.

Flüoresan va fosforesans

Bu atamalar nafaqat yorug'lik davomiyligi asosida, balki u ishlab chiqarilgan tarzda ham farqlanishi mumkin. Elektron elektron holatiga qarab, osongina erga qaytib kelishi mumkin bo'lgan 10 ^-8 s sig'imga ega bo'lgan singlet holatida energiya energiyani floresans shaklida chiqaradi. O'tish davrida spin o'zgarmaydi. Baza va hayajonlangan davlatlar shunga o'xshash ko'pliklarga ega.

Biroq, elektron, uning aylanishini o'zgartirish bilan yuqori energiya darajasiga ("uchib ketgan uch holat" deb nomlanadi) ko'tarilishi mumkin. Kvant mexanikasida uchli davlatlardan kletchatka holatiga o'tish taqiqlanadi va shuning uchun ularning umri ancha uzoqroq bo'ladi. Shuning uchun, bu holda luminesans juda uzoq vaqtga ega: fosforesans kuzatiladi.