Фосфоресценция - Phosphorescence

Фосфоресцирующий, европий легированный стронций порошок силикатно-алюминатного оксида в видимом свете, длинноволновый УФ-излучение и в полной темноте

Фосфоресценция это тип фотолюминесценция относится к флуоресценция. В отличие от флуоресценции, фосфоресцирующий материал не сразу переизлучает поглощенное им излучение. Более медленные временные масштабы переизлучения связаны с "запрещенный " энергетическое состояние переходы в квантовая механика. Поскольку в некоторых материалах эти переходы происходят очень медленно, поглощенное излучение переизлучается с меньшей интенсивностью в течение нескольких часов после первоначального возбуждения.

Повседневные примеры фосфоресцирующих материалов - светящиеся в темноте игрушки, наклейки, краски, наручные часы и циферблаты часов, которые светятся после зарядки ярким светом, например, при обычном освещении для чтения или в комнате. Обычно свечение медленно гаснет, иногда в течение нескольких минут или до нескольких часов в темной комнате.^[1]

Около 1604 года Винченцо Кашароло обнаружил "Lapis Solaris "недалеко от Болоньи, Италия. Однажды нагревается в печи, обогащенной кислородом, после этого он поглощал солнечный свет и светился в темноте. Изучение фосфоресцирующих материалов привело к открытию радиоактивный распад.

Пояснения

Простой

Диаграмма Яблонского энергетической схемы, используемой для объяснения разницы между флуоресценцией и фосфоресценцией. Возбуждение молекулы A в синглетное возбужденное состояние (¹A *) следует межсистемный переход в триплетное состояние (³A), который релаксирует в основное состояние за счет фосфоресценции.

Проще говоря, фосфоресценция - это процесс, при котором энергия, поглощенная веществом, относительно медленно выделяется в виде света. В некоторых случаях это механизм, используемый для «светящихся в темноте» материалов, которые «заряжаются» под воздействием света. В отличие от относительно быстрых реакций флуоресценции, таких как те, что наблюдаются в обычной люминесцентной лампе, фосфоресцентные материалы «хранят» поглощенную энергию в течение более длительного времени, поскольку процессы, необходимые для повторного излучения энергии, происходят реже.

Квантовая механика

После того, как электрон поглотит фотон высокой энергии, он может претерпеть колебательную релаксацию и межсистемный переход в другое спиновое состояние. Система снова вибрирует в новом состоянии спина и в конечном итоге излучает свет за счет фосфоресценции.

Большинство фотолюминесцентных событий, в которых химический субстрат поглощает, а затем повторно излучает фотон света, быстрые, порядка 10 наносекунды. Свет поглощается и излучается в этих быстрых временных масштабах в случаях, когда энергия задействованных фотонов совпадает с доступными энергетическими состояниями и разрешенными переходами подложки. В частном случае фосфоресценции электрон, поглотивший фотон (энергию), претерпевает необычное межсистемный переход в энергетическое состояние другого (обычно более высокого) кратность вращения (видеть термин символ ), обычно триплетное состояние. В результате возбужденный электрон может попасть в триплетное состояние всего за «запрещенные» переходы доступны для возврата в синглетное состояние с более низкой энергией. Эти переходы, хотя и «запрещены», все же будут происходить в квантовой механике, но являются кинетически в неблагоприятных условиях и, следовательно, прогрессирует в значительно более медленных временных масштабах. Большинство фосфоресцирующих соединений по-прежнему являются относительно быстрыми эмиттерами, с триплетным временем жизни порядка миллисекунд. Однако некоторые соединения имеют триплетное время жизни до минут или даже часов, что позволяет этим веществам эффективно накапливать световую энергию в виде очень медленно деградирующих возбужденных электронных состояний. Если фосфоресцирующий квантовый выход высокая, эти вещества будут выделять значительное количество света в течение длительного времени, создавая так называемые «светящиеся в темноте» материалы.

Уравнение

{ Displaystyle S_ {0} + h nu to S_ {1} to T_ {1} to S_ {0} + h nu ^ { prime} }

где S - синглет и T a триплет нижние индексы которых обозначают состояния (0 - основное состояние, 1 - возбужденное состояние). Переходы также могут происходить на более высокие уровни энергии, но первое возбужденное состояние обозначено для простоты.

Хемилюминесценция

Некоторые примеры светящихся в темноте материалов не светятся фосфоресценцией. Например, светящиеся палочки свечение из-за хемилюминесцентный процесс, который обычно ошибочно принимают за фосфоресценцию. В хемилюминесценции возбужденное состояние создается посредством химической реакции. Излучение света отслеживает кинетический прогресс основной химической реакции. Возбужденное состояние затем перейдет к молекуле красителя, также известной как сенсибилизатор или же фторфор, а затем флуоресцируют обратно в основное состояние.

Материалы

Общие пигменты, используемые в фосфоресцентных материалах, включают: сульфид цинка и алюминат стронция. Использование сульфида цинка для продуктов, связанных с безопасностью, датируется 1930-ми годами. Однако разработка алюмината стронция, яркость которого примерно в 10 раз выше, чем у сульфида цинка, отнесла большинство продуктов на основе сульфида цинка к категории новинок. Пигменты на основе алюмината стронция в настоящее время используются в знаках выхода, маркировке путей и других обозначениях, связанных с безопасностью.^[2]

Чрезвычайно интенсивный импульс ультрафиолетового излучения в вспышка произвела эту голубую фосфоресценцию в плавленый кварц конверт.

Фосфоресценция кварцевой запальной трубки воздушный зазор

Фигура фосфоресцирующей птицы

Фосфоресцентные пигменты - сульфид цинка против. алюминат стронция
Оставили: сульфид цинка
Правильно: алюминат стронция
Пигменты в темноте
Пигменты в темноте через 4 мин

Фосфоресцирующий
Фосфоресцирующий пигмент красный (сульфид кальция )
Фосфоресцирующий пигмент красный в темноте
Фосфоресцирующий пигмент синий (щелочноземельный металл силикат )
Фосфоресцирующий пигмент синий в темноте

Использует

В 1974 г. Бекки Шредер стала одной из самых молодых женщин, получивших патент США на изобретение «светящегося листа», который использовал фосфоресцирующие линии под писчей бумагой, чтобы помочь людям писать в условиях низкой освещенности.^[3]

Стена теней

Теневая стена создается, когда свет падает на человека или объект перед фосфоресцирующим экраном, который временно захватывает тень. Экран или стена окрашены светящимся в темноте продуктом, который содержит фосфоресцирующие соединения.^[4] Публично эти теневые стены можно найти в некоторых научных музеях.^[5]^[6]

Перед изображением захвата тени на фосфоресцирующей стене.
После изображения захвата тени на фосфоресцирующей стене.

Смотрите также

внешняя ссылка

[1] Карл А. Франц, Вольфганг Г. Кехр, Альфред Зиггель, Юрген Вичорек и Вальдемар Адам «Люминесцентные материалы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a15_519

[2] Zitoun, D .; Bernaud, L .; Мантегетти, А. Микроволновый синтез долговечного люминофора. J. Chem. Educ. 2009, 86, 72-75.Дои:10.1021 / ed086p72

[3] Times, Stacy V. Jones Специально для Нью-Йорка (1974-08-17). «Девушка находит способ писать в темноте». Нью-Йорк Таймс. ISSN 0362-4331. Получено 2020-08-16.

[4] ttp://www.discoveriescience.com/Phosphorescence_Expoalration.pdf

[5] ttps://www.exploratorium.edu/exhibits/shadow-box

[6] ttp://glow.glowinc.com/shadow-wall/

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]