- Фосфоресценція кристалів [ правити | правити код ]
- Фосфоресценція органічних молекул [ правити | правити код ]
- Відмінності від інших видів люмінесценції [ правити | правити код ]
Фосфоресценція - це особливий тип фотолюмінесценції . На відміну від флуоресцентного, фосфоресцентних речовина випромінює поглинену енергію не відразу. Більший час рееміссіі пов'язано з «забороненими» енергетичними переходами в квантовій механіці . Оскільки такі переходи спостерігаються рідше у звичайних матеріалах, рееміссія поглиненого випромінювання проходить з більш низькою інтенсивністю, і протягом тривалого часу (до декількох годин).
Вивчення фосфоресцентних речовин почалося приблизно з часу відкриття радіоактивності ( 1896 рік ).
Говорячи простою мовою, на відміну від флуоресценції , Фосфоресценція - це процес, в якому енергія, поглинена речовиною, вивільняється у вигляді світла відносно повільно.
Фосфоресценція кристалів [ правити | правити код ]
люмінесценція кристалів залежить від наявності в них домішок, енергетичні рівні яких можуть служити рівнями поглинання, проміжними або радіаційними рівнями. Роль цих рівнів можуть виконувати також енергетичні зони (Валентна і провідності). Кристали, що мають здатність до люмінесценції, називаються крісталлофосфоров . Порушення світлом, електричним струмом або пучком частинок створює в них вільні електрони, дірки і екситон. Вони можуть захоплюватися пастками - атомами домішок або осідати на дефектах кристалічної решітки . В цьому випадку рекомбінація (а значить, і світіння) електронів і дірок настають не миттєво, а через досить тривалий час, що буде відповідати тривалості фосфоресценції. Для прискорення звільнення електронів з пасток можна прикласти додаткову енергію, наприклад, використовувати нагрів. Домішки і дефекти кристалічної решітки виступають також і в ролі гасників люмінесценції, «забираючи» у електронів енергію збудження.
Фосфоресценція органічних молекул [ правити | правити код ]
Фосфоресценція органічних молекул пов'язана із забороненими переходами між енергетичними рівнями різної мультіплетності . Електронні переходи в молекулах зручно описувати за допомогою діаграми Яблонського . При поглинанні енергії молекула переходить з основного синглетного стану S0 в збуджений синглетний S1. У такому збудженому стані молекула може перебувати близько кількох наносекунд, і відразу ж звільняється від зайвої енергії, яка або іде в тепло, або випускається у вигляді світла - так звана швидка флуоресценція.
Але у деяких молекул заборона між переходами різної мультіплетності частково знімається за рахунок наявності в них важких атомів, наприклад, атоми йоду дозволяють молекулам еритрозина добре переходити із збудженого синглетного стану S1 в збуджений тріплетное T1. Такий перехід називають інтеркомбінаціонной конверсією . Перебуваючи в T1-стані, молекули вже не можуть швидко повернутися в основний стан S0, тому що такий перехід заборонений, тому свічення, обумовлене такими переходами, досить тривалий - кілька мікросекунд і довше. Так як рівень T1 лежить нижче по енергії, ніж S1, фосфоресценція завжди зміщена від флуоресценції в довгохвильову область.
S 0 + h ν → S 1 → T 1 → S 0 + h ν '{\ displaystyle S_ {0} + h \ nu \ to S_ {1} \ to T_ {1} \ to S_ {0} + h \ nu ^ {\ prime}}
де S - синглетное стан , T - тріплетное стан, індекси позначають наявність порушення (0 для основного, 1 для збудженого стану). Оскільки синглет-триплетні переходи мають квантово-механічний заборону, час життя збудженого стану при фосфоресценції складає близько 10-2-10-4 с, на відміну від флуоресценції , Для якої час життя збудженого стану складає 10-7-10-8 с.
Можлива і ситуація, коли молекула назад переходить з T1-стану в S1-стан, отримавши додаткову енергію за рахунок нагрівання, або прореагувавши з іншими молекулами. Тоді буде спостерігатися флуоресценція , Але з тривалістю світіння фосфоресценції. Таке світіння називають сповільненій (тривалої) флуоресценцией, і воно фосфоресценції, незважаючи на критерій тривалості, не рахується.
Відмінності від інших видів люмінесценції [ правити | правити код ]
Деякі з «світяться в темряві» матеріалів світяться не через те, що вони фосфоресцентних. Наприклад, « світяться палички »Світяться за рахунок хемілюмінесцентного процесу, який іноді помилково приймають за фосфоресценцію. У хемилюминесценции речовина переходить в збуджений стан за рахунок хімічної реакції (а не за рахунок поглинання світла як в фосфоресценції). Енергія збудженого стану передається потім молекулі барвника, званого ( сенсибилизатором або флюорофором ), Яка потім флуоресціює, переходячи в основний стан.
Цікаво, що добре відоме світіння білого фосфору при контакті з повітрям, що дало назву самого явища фосфоресценції, також є не фосфоресценції, а хемілюмінесценції, що супроводжує процес окислення фосфору.
Не слід також плутати фосфоресценцію з радіолюмінесценції - світінням люмінофора під впливом радіоактивних ізотопів , Які застосовувалися, або продовжують застосовуватися у військовій техніці колишніх років для нанесення що світиться в темряві покриття на циферблати і стрілки годинника, шкали і стрілки приладів, виготовленні сувенірів і т. п.
Різні кольори фосфоресценції в темряві у різних речовин
Найбільш поширеними фосфоресцентних матеріалами є сульфід цинку і алюмінат стронцію [ Джерело не вказано 396 днів ]. Сульфід цинку застосовувався ще в 1930-х роках. Зараз в основному використовуються пігменти на основі алюмінату стронцію (торгові марки Super-LumiNova [1] [2] і NoctiLumina [3] ), Оскільки вони приблизно в 10 разів яскравіше сульфидно-цинкових і мають тривалість післясвітіння до декількох годин проти приблизно півгодини у сульфіду цинку.
Головна сфера застосування фосфоресцентних матеріалів - вироби для використання в надзвичайних ситуаціях (аварійні покажчики виходу, маркування напрямку руху і т. Д.), Що продовжують світитися після відключення електроенергії. Фосфоресцентні матеріали нерідко завдають на циферблати і стрілки годинника, шкали і стрілки приладів, що дозволяє зчитувати їх показання в темряві, зрозуміло, поки накопичена люмінофором енергія не вичерпається.
Фосфоресціюючі пігменти також іноді застосовують для розмальовки ялинкових іграшок і нанесення на одяг зображень світяться в темряві, а також для виготовлення різних декоративних виробів, фарб, наклейок і т. д.