Opracowanie PDF

Szymon Bałos
Kl. Ie nr 1
LUMINOFORY
1. Luminofory są to związki chemiczne, które wykazują luminescencje.
Luminescencja jest to zjawisko emisji fal świetlnych wywołane przez luminofor innym
sposobem niż rozgrzanie ich do wysokiej temperatury. Każdy luminofor posiada
następujące charakterystyczne cechy:
-wydajność świetlną wyrażamy nią stosunek luminacji luminoforu badanego do
wzorcowego, przeważnie wyrażana w procentach,
-wydajność energetyczną jest to stosunek luminancji luminoforu do mocy
dostarczonej luminoforowi, wyrażana w cd/W, w kandelach na Wat,
-czas poświaty inaczej zjawisko fosforescencji, określa się go w jakim czasie od
ustania pobudzenia, jego luminacja spadnie do 1% wartości początkowej. Czas
poświaty zależy od typu luminoforu, mierzymy jest w ułamkach milisekundy,
minutach,
- temperaturę barwową to obiektywna miara wyrażenia barwy danego źródła
światła. Lub barwą za pomocą koordynat X-Y
2. Rodzaje luminescencji
Luminescencję można podzielić na kilka typów. Do podstawowych z nich zaliczamy:
-fotoluminescencja świecenie jest spowodowane promieniowaniem UV lub
widzialnym dla ludzkiego oka VIS. W fotoluminescencji wyróżniamy fluorescencję i
fosforescencję. Fluorescencja jest świeceniem krótkotrwałym trwającym nie dłużej
niż 10-8s, natomiast fosforescencja to świecenie długotrwałe, nawet do kilku dni.
-fotoluminescencja świecenie wykazywane przez wiele substancji organicznych, np.:
barwniki organiczne, wykorzystywane w odblaskowych flamastrach lub luminofory,
stosowane do produkcji świetlówek
-katodoluminescencja wywołana bombardowaniem luminofory elektronami
przykładem tego zjawiska jest ekran lampy oscyloskopowej
-rentgenoluminescencja wywołana przez świecenie rentgenowskie. Jednym z
najbardziej popularnych związków wykazujących tą własność jest wolframian wapnia,
jest on stosowany przy produkcji ekranów wzmacniających
-radioluminescencja w tym przypadku świecenie wywołuje promieniowanie α,β,γ.
Ale może zostać także wywołane przez promieniowanie kosmiczne.
-tryboluminescencja zdolność świecenia wywołana kosztem energii mechanicznej. Tą
luminescencję można uzyskać wykonując łatwe doświadczenie, np. zgniatanie kostki
cukru lub potrząśnięciu słoika z kryształkami kwasu antranilowego .
-chemiluminescencja spowodowana reakcjami chemicznymi, np. utlenianie luminolu
czy fosforu białego.
-elektroluminescencja to świecenie substancji pod wpływem przyłożonego pola
elektrycznego. Obecnie zjawisko elektroluminescencji jest szeroko wykorzystywane w
diodach LED oraz lamp neonowych.
3. Podział luminoforów
•
•
•
•
a) Luminofory możemy podzielić w zależności od czynnika wywołującego świecenie.
Wyróżniamy następujące luminofory:
katodoluminofor- świecący pod wpływem bombardowania elektronami
elektroluminofor- świecący w zmiennym polu elektrycznym
rentgenoluminofor- świecący pod wpływem promieni X
luminofor świecący pod wpływem promieniowania ultrafioletowego
b) Luminoforami mogą być związki organiczne i nieorganiczne.
Luminofory organiczne- to niektóre polimery, fluoresceinę, eozynę, rodaminę,
uraninę oraz wiele innych. Luminofory nieorganiczne- najczęściej otrzymywane są
metodą Lenarda, czyli poprzez spiekanie materiału podstawowego z topnikiem i
aktywatorem.
Z nieorganicznych luminoforów wyróżniamy między innymi:
z grupy halofosforanów wapnia. Stosuje się je między innymi w produkcji lamp
fluorescencyjnych (świetlówkach). Cechuj je dobra wydajność świetlna, są
aktywowane manganem.
Wolframiany wapnia są to dobre rentgenoluminofory stosowane do folii
wzmacniających w rentgenodiagnostyce. Przykłady wolframian wapnia CaWO4,
wolframian magnezu MgWO4
Siarczki-najpopularniejsze to siarczek cynku ZnS i siarczek kadmu. Ich cecha
charakterystyczna to wysoka wydajność świetlna. Są także dobrymi
katodoluminoforami, elektroluminoforami i rentgenoluminoforami.
Tlenosiarczek itru, aktywowany europem bardzo dobry luminofor czerwony, jest on
stosowany w telewizji kolorowej.
4. Zasada działania luminoforu na przykładzie ZnS
Fluorescencja występuje przy przejściu samorzutnym z wyższego poziomu
energetycznego elektronu na niższy. Fosforescencja zaś powstaje przy udziale energii
cieplnej ośrodka. Warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest istnienie poziomów meta
trwałych. Po wzbudzeniu cząsteczki część elektronów nie wraca do stanu
podstawowego od razu (co odpowiadałoby fluorescencji), lecz osiągają stan
metastabilny. Z tego stanu elektrony mogą być przeniesione na wyższy poziom
kosztem energii cieplnej i dopiero z niego może następować powrót do stanu
podstawowego z emisją światła. Obecność aktywatora-domieszki w krysztale jest
często korzystna, gdyż taki obcy atom może się jonizować dostarczając dziury. Dziura
taka z elektronem przewodnictwa może ulegać rekombinacji, czemu towarzyszy
emisja fotonu. Atom domieszki stanowi tzw. centrum świecenia lub centrum emisji.
Widmo świecenia zależy od aktywatora, zaś czas wygasania (poświaty) zależy od
ilości defektów w strukturze- pułapek.
5. Zachowanie luminoforu w typowej lampie jarzeniowej
W takiej lampie rura wykładowcza jest wypełniona parami. Kiedy prąd elektryczny
płynie przez pary rtęci, zaczyna wydobywać się promieniowanie ultrafioletowe.
Promieniowanie pada na luminofor, którym pokryta jest rura od wewnątrz i pobudza
go do świecenia przez fluorescencję.
Bibliografia:
1. „Podstawy elektroniki 1”- Barbara Pióro, Marek Pióro
2. „Wizyjne przetworniki optoelektroniczne”- Marek Rusin
3. „Zjawisko optyczne w półprzewodnikach”- Jacques I. Pankove
4. „Zarys Fizyki lamp elektrycznych” -Lucjan Berson