9zip.ru Радиодетали и модули с Aliexpress Люминофоры: стронций из Китая

На Aliexpress можно найти маленькие пакетики с порошком, светящимся в темноте. Разумеется, светится он не постоянно, а только какое-то время после облучения светом. Но даже с учётом этого можно сделать впечатляющие вещи, что особенно понравится людям, которые что-то мастерят или декорируют. Разные продавцы предлагают до 15 различных цветов и оттенков по смешным ценам. Для проверки, что это и как это, было куплено пять разновидностей.


Первое, что обычно хочется узнать: они радиоактивны? Разумеется нет, хотя состав может напугать страшным словом "стронций". Вообще, составы китайских люминофоров, как правило, нигде не указаны, но весьма вероятно, что они сделаны на основе известного алюмината стронция, безопасного при обычном применении вещества. Удалось найти возможные формулы люминофоров трёх цветов:

• зелёный SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺
• синий Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺,Dy³⁺
• фиолетовый CaH₂O₄:Eu²⁺Nd³⁺

Свечение в темноте хорошо видно уже после десятисекундного облучения обычным или ультрафиолетовым светом.

Не следует путать люминесценцию с флюоресценцией. Кстати, на Али есть и такие вещества, которые светятся в ультрафиолете.

И, разумеется, применять люминофоры можно не только для украшения, но и в безумных экспериментах.

И немного науки...

Обычно считают, что тело люминесцирует в том случае, если, находясь при температуре Т в какой-нибудь спектральной области, оно излучает мощность большую, чем излучало бы абсолютно чёрное тело при той же температуре Т. В наиболее наглядных случаях люминесцирующее тело, оставаясь холодным, испускает видимый свет.

Однако вышеуказанный признак нельзя считать однозначно определяющим люминесценцию. Тело, рассеивающее или отражающее свет, излучает не по законам температурного излучения, но никто не называет отражение и рассеяние люминесценцией. Акад. С. И. Вавилов указал на второй характерный признак люминесценции — на его инерцию. Тело, только рассеивающее свет, перестаёт светиться сразу же после того, как исчезает причина его свечения, как только на него перестаёт падать свет. Люминесценция же не прекращается мгновенно с прекращением действия причины, вызывающей люминесценцию, а длится ещё, хотя бы очень короткий промежуток времени (10^-10 сек. и больше). Таким образом, люминесценцией следует называть избыток над температурным излучением, обладающий конечным послесвечением.

Чтобы заставить твёрдое тело излучать видимый свет, мы повышаем его температуру, т. е. увеличиваем энергию хаотического движения его частиц. Обладая самыми различными скоростями и энергиями, частицы твёрдого тела сталкиваются друг с другом, и некоторые столкновения приводят к возбуждению атомов, из которых состоят частицы тела. При обратном переходе от возбуждённого состояния к исходному атомы испускают свет. Сильное искажение уровней энергии в твёрдом теле приводит к тому, что оно может испускать любые частоты, составляющие непрерывный спектр.

Легко видеть, что тепловой способ возбуждения атомов крайне неэкономичен. Мы начинаем с того, что переводим энергию в наиболее беспорядочное состояние, в энергию хаотического движения. Не удивительно, что и возбуждаются в результате не какие-нибудь определённые, наиболее желательные для нас частоты, а бесконечное множество частот, большая часть которых для нас бесполезна (невидимые лучи).

Особенно нерационально получать тепловую энергию за счёт электрической в лампочке накаливания.

Электрический ток — направленное движение электронов, и такими электронами мы можем бомбардировать атомы некоторых элементов, возбуждая именно те частоты, которые нам нужны.

Так, например, в газосветной трубке, наполненной парами натрия, при определённом режиме её работы мы можем получить разряд, почти вся энергия которого (около 85%) пойдёт на возбуждение атомов натрия, в результате чего будет излучаться свет. Для такого света коэффициент видности равен 0.76, т. е. весьма высок.

Мы видим, что газосветные лампы по световому КПД могут даже значительно превосходить идеальный источник света, но такой результат достигается только за счёт снижения качества света, за счёт сильнейшего отклонения его спектрального состава от состава дневного света. Натриевая трубка испускает, жёлтый свет, при котором мы совершенно перестаём различать цвета окружающих предметов. Такой источник света для обычного освещения мало удобен.

Ртуть даёт в видимой пасти спектра несколько ярких линий, и поэтому при свете ртутной лампы мы различаем цвета, однако в сильно искажённом виде. Красные линии отсутствуют в спектре ртутных ламп, и всё представляется нам в голубовато-зелёных тонах.

Другой недостаток ртутной лампы — по крайней мере с точки зрения осветительной техники -— интенсивное излучение в ультрафиолетовой части. Но именно этот недостаток ртутной лампы сумели обратить в основное её достоинство, использовав другой вид люминесценции — фотолюминесценцию.

Простейший случай фотолюминесценции можно продемонстрировать таким опытом. Пары натрия, заключённые в запаянный стеклянный сосуд, освещают светом горелки, сконцентрированным внутри сосуда при помощи линзы. Если в пламя горелки ввести поваренную соль, то пары натрия,— там, где через них проходит свет от горелки, — начнут светиться жёлтым светом. Спектроскоп показывает, что они испускают линии натрия. Объяснение явления очень просто. Атомы натрия, поглощая фотоны, приходят в возбуждённое состояние. Возвращаясь через некоторое время (порядка 10^-8 сек.) в первоначальное состояние, атом отдаёт полученную энергию в виде такого же точно фотона, который он поглотил, т. е. испускает излучение той же самой длины волны.

Что мы здесь имеем дело с люминесценцией, ясно, во-первых, потому, что пары натрия находятся при такой температуре, при которой без освещения они не испускают видимого света; во-вторых, потому, что излучение прекращается не сразу же после прекращения освещения, а спустя некоторое время (что можно доказать экспериментально). Если вместо атомарного газа мы возьмем газ, состоящий из молекул, явление фотолюминесценции значительно усложнится. Энергетические уровни в молекуле зависят от расположения электронов в её атомах (электронное состояние молекулы), от колебаний атомов внутри молекулы (колебательное состояние) и от вращения молекулы как целого (вращательное состояние). Каждое электронное состояние даёт целый ряд уровней энергии, соответствующих различным колебательным и вращательным состояниям. Поглощение фотона света переводит молекулу в другое электронное состояние. Но, возвращаясь к исходному состоянию, она может оказаться в одном из многих колебательных и вращательных состояний, на одном из многих "уровней невозбуждённого электронного состояния, и следовательно испустить не один только определённый фотон, а один из многих возможных. Поэтому молекулярный газ, даже освещённый монохроматическим светом, даёт целый спектр из большого числа линий.

Ещё сложнее фотолюминесценция жидкостей и твёрдых тел. Сложный характер взаимодействия между молекулами в жидкостях и твёрдых телах очень затрудняет разработку теории их люминесценции. Не углубляясь в детали фотолюминесценции твёрдых тел, мы укажем на некоторые её особенности, важные для дальнейшего изложения.

Цвет фотолюминесценции твёрдых тел отличается от цвета излучения, возбуждающего свечение. Правило Стокса гласит, что свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем возбуждающий свет. С точки зрения квантовой теории, правило Стокса вытекает из закона сохранения энергии. Каждый испущенный фотон получается за счёт одного какого-нибудь поглощённого фотона. При поглощении фотона, как правило, только часть энергии, поглощённой люминофором (так называют люминесцирующие вещества), возвращается в виде излучения, остальная энергия тратится на какие-то внутримолекулярные процессы и в конечном счёте превращается в тепло.

Отношение энергии, излучённой люминофором, к энергии, им поглощённой, называется энергетическим выходом люминесценции. Отношение числа испущенных при люминесценции фотонов к числу поглощённых фотонов называют квантовым выходом Рк люминесценции. Очевидно, что даже в том случае, когда квантовый выход близок к единице, т. е. за каждый поглощённый фотон мы получаем фотон люминесценции, энергетический выход не равен единице. Энергетический выход люминесценции тем ниже, чем больше разница между длинами волн возбуждающего света и света люминесценции.

Излучение твёрдого люминофора образует непрерывный спектр внутри весьма широкой полосы люминесценции. Возбуждается люминофор также светом различных длин волн, лежащих внутри широкой полосы поглощения. Положение и форма кривых поглощения и люминесценции различны для разных люминофоров, что даёт большую свободу выбора при практическом использовании люминесценции. Важно отметить, что какой бы спектральной линией мы ни возбуждали люминофор, он всегда испускает всю свою полосу люминесценции с постоянным распределением энергии в ней.

Понравилась статья? Винни Пух говорит: поделись с друзьями!