Фосфоресценция – это люминесценция, возникающая при подаче энергии электромагнитным излучением, обычно ультрафиолетовым светом. Источник энергии переводит электрон атома из более низкого энергетического состояния в «возбужденное» более высокое энергетическое состояние; затем электрон высвобождает энергию в виде видимого света (люминесценции), когда он возвращается в более низкое энергетическое состояние.
Ключевые выводы : Фосфоресценция
- Фосфоресценция – это тип фотолюминесценции.
- При фосфоресценции свет поглощается материалом, поднимая энергетические уровни электронов в возбужденное состояние. Однако энергия света не совсем совпадает с энергией разрешенных возбужденных состояний, поэтому поглощенные фотографии застревают в триплетном состоянии. Переход к более низкому и более стабильному энергетическому состоянию требует времени, но когда они происходят, высвобождается свет. Поскольку это высвобождение происходит медленно, кажется, что фосфоресцирующий материал светится в темноте.
- Примеры фосфоресцирующих материалов включают светящиеся в темноте звезды, некоторые знаки безопасности и светящуюся краску. В отличие от фосфоресцирующих продуктов, флуоресцентные пигменты перестают светиться после удаления источника света.
- Хотя фосфор назван в честь зеленого свечения элемента фосфора, на самом деле он светится из-за окисления. Он не фосфоресцирует!
Простое объяснение
Фосфоресценция медленно высвобождает накопленную энергию с течением времени. В основном фосфоресцирующий материал «заряжается», подвергая его воздействию света. Затем энергия накапливается в течение некоторого времени и медленно высвобождается. Когда энергия высвобождается сразу после поглощения падающей энергии, этот процесс называется флуоресценцией.
Объяснение квантовой механики
При флуоресценции поверхность поглощает и повторно излучает фотон почти мгновенно (около 10 наносекунд). Фотолюминесценция происходит быстро, потому что энергия поглощенных фотонов соответствует энергетическим состояниям и разрешенным переходам материала. Фосфоресценция длится намного дольше (от миллисекунд до дней), потому что поглощенный электрон переходит в возбужденное состояние с более высокой спиновой множественностью. Возбужденные электроны попадают в триплетное состояние и могут использовать только «запрещенные» переходы для перехода в синглетное состояние с более низкой энергией. Квантовая механика допускает запрещенные переходы, но они не являются кинетически благоприятными, поэтому они происходят дольше. Если поглощается достаточно света, накопленный и испускаемый свет становится достаточно значительным, чтобы материал выглядел «светящимся в темноте». По этой причине фосфоресцентные материалы, такие как флуоресцентные, выглядят очень яркими в черном (ультрафиолетовом) свете. Диаграмма Яблонского обычно используется для отображения разницы между флуоресценцией и фосфоресценцией.
История
Изучение фосфоресцирующих материалов восходит как минимум к 1602 году, когда итальянец Винченцо Качароло описал« лазурит »(солнечный камень ) или “Lapis lunaris” (лунный камень). Открытие было описано в книге профессора философии Джулио Чезаре ла Галлы 1612 года De Phenomenis in Orbe Lunae . Ла Галла сообщает, что камень Кашароло излучал свет на нем после он был кальцинирован в результате нагревания. Он получил свет от Солнца, а затем (как и Луна) испускал свет в темноте. Камень был нечистым баритом, хотя другие минералы также демонстрировали фосфоресценцию. В их число входят некоторые алмазы (известные индийскому королю Бходже еще в 1010-1055 годах, повторно обнаруженный Альбертом Магнусом и снова открытый Робертом Бойлем) и белый топаз. Китайцы, в частности, ценили тип флюорита, называемый хлорофаном, который проявлял люминесценцию от тепла тела, воздействия света или трения . Интерес к природе фосфоресценции и другим видам. люминесценции в конечном итоге привело к открытию радиоактивности в 1896 году.
Материалы
Помимо нескольких природных минералов, фосфоресценция производится химические соединения. Вероятно, самым известным из них является сульфид цинка, который используется в продуктах с 1930-х годов. Сульфид цинка обычно излучает зеленую фосфоресценцию, хотя могут быть добавлены люминофоры для изменения цвета света. Люминофоры поглощают свет, излучаемый фосфоресценцией, а затем выделяют его в виде другого цвета.
В последнее время алюминат стронция используется для фосфоресценции. Это соединение светится в десять раз ярче, чем сульфид цинка, а также гораздо дольше сохраняет свою энергию.
Примеры фосфоресценции
Распространенные примеры фосфоресценции включают звезды, которые люди кладут на стены спальни, которые светятся в течение нескольких часов после выключения света, и краски, используемые для создания светящихся фресок со звездами. Хотя элемент фосфор светится зеленым, свет высвобождается в результате окисления (хемилюминесценции) и не является примером фосфоресценции.
Источники
- Franz, Karl A .; Kehr, Wolfgang G .; Зиггель, Альфред; Вечорек, Юрген; Адам, Вальдемар (2002). «Люминесцентные материалы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH. Вайнхайм. doi: 10.1002/14356007.a15_519
- Рода, Альдо (2010). Хемилюминесценция и биолюминесценция: прошлое, настоящее и будущее . Королевское химическое общество.
- Zitoun, D .; Bernaud, L .; Мантегетти, А. (2009). Микроволновый синтез люминофора длительного действия. Дж. Chem. Образовательный . 86. 72-75. DOI: 10. 1021/ed086p72