Fosforescenţă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 13 iunie 2021; verificările necesită 6 modificări .

Fosforescența  este un tip special de fotoluminiscență . Spre deosebire de o substanță fluorescentă, o substanță fosforescentă nu radiază imediat energia absorbită. Timpul mai lung de reemisie se datorează tranzițiilor energetice „interzise” în mecanica cuantică . Deoarece astfel de tranziții sunt rar observate în materialele obișnuite, reemisia radiației absorbite are loc la o intensitate mai mică și pentru o perioadă lungă de timp (până la câteva ore).

Studiul substanțelor fosforescente a început în perioada descoperirii radioactivității ( 1896 ).

Mecanisme de fosforescență

În termeni simpli, spre deosebire de fluorescență , fosforescența este un proces în care energia absorbită de o substanță este eliberată sub formă de lumină relativ lent.

Fosforescența cristalelor

Luminescența cristalelor depinde de prezența impurităților în ele, ale căror niveluri de energie pot servi ca niveluri de absorbție, intermediare sau radiative. Rolul acestor niveluri poate fi jucat și de benzile de energie (valență și conducere). Cristalele care au capacitatea de a luminesce se numesc fosfor cristalin . Excitația prin lumină, curent electric sau un fascicul de particule creează electroni liberi, găuri și excitoni în ei. Ele pot fi captate de capcane - atomi de impurități - sau se pot stabili pe defecte ale rețelei cristaline . În acest caz, recombinarea (și, prin urmare, strălucirea) electronilor și găurilor nu are loc instantaneu, ci după un timp suficient de lung, care va corespunde cu durata fosforescenței. Pentru a accelera eliberarea electronilor din capcane, se poate aplica energie suplimentară, de exemplu, prin încălzire. Impuritățile și defectele rețelei cristaline acționează și ca un stingător al luminiscenței, „preluând” energia de excitație de la electroni.

Fosforescența moleculelor organice

Fosforescența moleculelor organice este asociată cu tranziții interzise între niveluri de energie de o multiplicitate diferită . Tranzițiile electronice în molecule sunt descrise convenabil folosind diagrama Yablonsky . Când energia este absorbită, molecula trece din starea de bază S 0 singlet la starea de singlet excitat S 1 . Într-o astfel de stare excitată, molecula poate rămâne de ordinul câtorva nanosecunde și apoi se eliberează imediat de excesul de energie, care fie intră în căldură, fie este emisă sub formă de lumină - așa-numita fluorescență rapidă.

Dar, pentru unele molecule, interdicția dintre tranzițiile de multiplicitate diferită este parțial eliminată datorită prezenței atomilor grei în ele, de exemplu, atomii de iod , care permit moleculelor de eritrozină să treacă cu ușurință de la starea de singul excitat S 1 la starea de triplet excitat. T 1 . O astfel de tranziție se numește conversie intersistematică . Fiind în starea T 1 , moleculele nu mai pot reveni rapid la starea fundamentală S 0 , deoarece o astfel de tranziție este interzisă, astfel încât strălucirea datorată unor astfel de tranziții este destul de lungă - câteva microsecunde sau mai mult. Deoarece nivelul T1 are o energie mai mică decât S1 , fosforescența (spre deosebire de fluorescență) este întotdeauna deplasată către regiunea cu lungime de undă lungă.

unde S este o stare singlet , T este o stare triplet, indicii indică prezența excitației (0 pentru starea fundamentală, 1 pentru starea excitată). Deoarece tranzițiile singlet-triplet au o interdicție mecanică cuantică, durata de viață a stării excitate în fosforescență este de ordinul a 10 -2 -10 -6 s, spre deosebire de fluorescență , pentru care durata de viață a stării excitate este de 10 -7 -10 -8 s.

De asemenea, este posibil ca o moleculă din starea T 1 să se întoarcă în starea S 1 , după ce a primit energie suplimentară datorită încălzirii sau a reacţionat cu alte molecule. Apoi se va observa fluorescența , dar cu durata strălucirii fosforescenței. O astfel de strălucire se numește fluorescență întârziată (pe termen lung) și nu este considerată fosforescență, în ciuda criteriului duratei.

Diferențele față de alte tipuri de luminiscență

Unele dintre materialele „strălucitoare în întuneric” nu strălucesc deoarece sunt fosforescente. De exemplu, „ bețișoarele strălucitoare ” strălucesc printr-un proces chemiluminiscent , care uneori este confundat cu fosforescență. În chemiluminiscență, o substanță intră într-o stare excitată din cauza unei reacții chimice (și nu datorită absorbției luminii, ca în fosforescență). Energia stării excitate este apoi transferată într-o moleculă de colorant numită ( sensibilizator sau fluorofor ), care apoi emite fluorescență, ajungând în starea fundamentală.

Este curios că binecunoscuta luminescență a fosforului alb la contactul cu aerul, care a dat numele însuși fenomenului de fosforescență, nu este nici fosforescență, ci chemiluminiscență care însoțește procesul de oxidare a fosforului.

De asemenea, fosforescența nu trebuie confundată cu radioluminiscența  - strălucirea unui fosfor sub influența izotopilor radioactivi , care au fost utilizați (și continuă să fie utilizați ) în echipamentele militare din anii precedenți pentru aplicarea unui strat care strălucește în întuneric pe cadranele ceasurilor și mâinile, cântarele și săgețile instrumentelor, precum și în fabricarea de suveniruri și etc. Spre deosebire de fosforescență, strălucirea în timpul radioluminiscenței nu se estompează în întuneric.

Materiale fosforescente

Cele mai comune materiale fosforescente sunt sulfura de zinc și aluminatul de stronțiu . . Sulfura de zinc a fost folosită încă din anii 1930 . Pigmenții de aluminat de stronțiu (mărcile comerciale Super-LumiNova [1] [2] și NoctiLumina [3] ) sunt acum utilizați în principal deoarece strălucesc de aproximativ zece ori mai strălucitori decât pigmenții de sulfură de zinc și au o durată de strălucire de până la câteva ore (față de aproximativ jumătate de oră).la sulfură de zinc).

Aplicație

Domeniul principal de aplicare pentru materialele fosforescente sunt produsele pentru utilizare în situații de urgență (semnale de ieșire de urgență, marcaje de direcție de circulație etc.) care continuă să strălucească după o întrerupere a curentului. Materialele fosforescente sunt adesea aplicate pe fețele de ceas și pe mâini, cântare și instrumente, ceea ce face posibilă citirea citirilor acestora în întuneric (dar numai până când, desigur, energia acumulată de fosfor se epuizează).

Pigmenții fosforescenți sunt, de asemenea, folosiți uneori pentru a colora decorațiunile de Crăciun și pentru a aplica imagini care strălucesc în întuneric pe îmbrăcăminte, precum și pentru a realiza diverse obiecte decorative, vopsele, autocolante etc.

În astronomie, fosforescența este folosită pentru a detecta radiația infraroșie cosmică, deoarece radiația infraroșie reduce brusc timpul de strălucire a fosforilor fosforescenți.


Vezi și

Note

  1. ↑ RC TRITEC Super-LumiNova . Consultat la 24 noiembrie 2008. Arhivat din original la 5 iulie 2018.
  2. ↑ Nemoto & Co., Ltd LumiNova Arhivat 17 mai 2008.
  3. ↑ Site-ul companiei NoctiLumina . Consultat la 24 noiembrie 2008. Arhivat din original la 26 decembrie 2017.

Literatură

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice