Фосфоресценция - это тип фотолюминесценции, связанный с флуоресценцией. В отличие от флуоресценции, фосфоресцирующий материал не сразу переизлучает поглощенное им излучение. Более медленные временные масштабы переизлучения связаны с переходами «запрещенных » энергетических состояний в квантовой механике. 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.
Около 1604 года Винченцо Кашароло обнаружил «lapis solaris » недалеко от Болоньи, Италия. После нагревания в обогащенной кислородом печи он впоследствии поглощал солнечный свет и светился в темноте. Изучение фосфоресцирующих материалов привело к открытию радиоактивного распада.
Проще говоря, фосфоресценция - это процесс, в котором поглощается энергия вещество выделяется относительно медленно 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, которые наблюдаются в обычной люминесцентной лампе, фосфоресцентные материалы «хранят» поглощенную энергию в течение более длительного времени, поскольку процессы, необходимые для повторного излучения энергии, происходят реже.
Большинство фотолюминесцентных событий, в которых химический субстрат поглощает, а затем повторно излучает фотон света, происходят быстро, в порядка 10 наносекунд. Свет поглощается и излучается в этих быстрых временных масштабах в тех случаях, когда энергия задействованных фотонов совпадает с доступными энергетическими состояниями и разрешенными переходами подложки. В частном случае фосфоресценции электрон, который поглотил фотон (энергию), претерпевает необычный межсистемный переход в энергетическое состояние с другой (обычно более высокой) спиновой кратностью (см. символ термина ), обычно триплетное состояние. В результате возбужденный электрон может оказаться захваченным в триплетное состояние, и только «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 кинетически неблагоприятны и, таким образом, будут происходить 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 форме очень медленно разрушающихся возбужденных электронных состояний. Если фосфоресцентный квантовый выход высок, эти вещества будут выделять значительное количество света в течение длительного времени, создавая так называемые «светящиеся в темноте» материалы.
, где S - синглет, а T - триплет, нижние индексы которого обозначают состояния (0 - основное состояние и 1 возбужденное состояние). Переходы также могут происходить на более высокие уровни энергии, но для простоты обозначено первое возбужденное состояние.
Некоторые примеры светящихся в темноте материалов не светятся фосфоресценцией. Например, светящиеся палочки светятся из-за хемилюминесцентного процесса, который обычно ошибочно принимают за фосфоресценцию. В хемилюминесценции возбужденное состояние создается посредством химической реакции. Излучение света отслеживает кинетический прогресс основной химической реакции. Затем возбужденное состояние переходит к молекуле красителя, также известной как сенсибилизатор или фторофор, а затем флуоресцирует обратно в основное состояние.
Обычные пигменты, используемые в фосфоресцирующих 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 теперь используются в знаках выхода, маркировке путей и других обозначениях, связанных с безопасностью.
Чрезвычайно интенсивный импульс ультрафиолетового света в импульсной лампе вызвал эту голубую фосфоресценцию в плавленом кварце конверт. Фосфоресценция кварцевой запальной трубки вспышки с воздушным зазором Фосфоресцирующая фигура птицыСлева: сульфид цинка. Справа: алюминат стронция
Пигменты в темноте
Пигменты в темноте через 4 мин
Фосфоресцентный красный пигмент (сульфид кальция )
Фосфоресцирующий пигмент красный в темноте
Синий фосфоресцирующий пигмент (щелочноземельный металл силикат )
Синий фосфоресцирующий пигмент в темноте
В 1974 г. Бекки Шредер стала одной из самых молодых женщин, получивших патент США на изобретение «светящегося листа», в котором фосфоресцирующие линии использовались под писчей бумагой, чтобы помочь людям писать в условиях низкой освещенности..
Теневая стена создается, когда свет попадает на человека или объект перед фосфоресцирующим экраном, который временно захватывает тень. Экран или стена окрашиваются в свечение -в темноте продукт, содержащий фосфоресцирующие соединения. Публично эти теневые стены можно найти в некоторых научных музеях.
До изображения захвата тень на фосфоресцирующей стене.
После изображения захвата тени на фосфоресцирующей стене.
Найдите phosphorescence или glowing в Wiktionary, бесплатном словаре. |