Фотолюминофор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фотолюминофор — определение разновидности люминофоров, которые обладают свойствами сохранения накопленной энергии при возбуждении, и её отдачи, с обладанием собственного послесвечения какой-либо продолжительности после прекращения возбуждения в виде светового излучения в видимой, ультрафиолетовой или инфракрасной зоне. К этому классу люминофоров относится очень широкий список соединений. Различают как природные фотолюминофоры, так и искусственно синтезированные.

К природным фотолюминофорам относят категорию минералов, которые во время своего образования могли претерпеть особые изменения, связанные с температурным режимом, наличием определённого состава примесей, давления, минералы, обладающие флуоресценцией (свечением заметным в темноте) к примеру, такие как вюрцит — ZnS, некоторые смесевые разновидности барита и кальцита. Эта категория минералов является очень редкой и ценной.

К искусственным фотолюминофорам относят синтезированные соединения, обладающие улучшенными характеристиками послесвечения и свойствами, намного превосходящими природные минералы. К ним относятся сульфиды и селениды элементов второй группы таблицы Менделеева, таких как магния, кальция, стронция, бария, цинка. Так же, к фотолюминофорам относят нитриды бора, и некоторые окисные соединения металлов второй группы. К искусственным фотолюминофорам так же относят и сравнительно недавно синтезированные составы. Эти соединения являются формульными и структурными аналогами природного минерала шпинели — MgAl2O4.

Основные сведения[править | править код]

В подавляющем большинстве, фотолюминофоры — это искусственно синтезированные соединения со значительно улучшенными характеристиками и с оптимальным составом. Представляют собой основу — какое либо соединение, с добавкой активатора какого либо металла и плавнями, хлоридами, сульфатами, боратами, фторидами и фосфатами элементов первой и второй групп таблицы Менделеева. По химическому составу условно выделяются несколько групп.

  •  — сульфиды. В первую группу входят сульфид цинка, а также смесь сульфидов цинка и кадмия в разной стехиометрии, активированные медью, свинцом, марганцем, висмутом. Так же, сульфиды кальция магния, стронция и бария, с активаторами висмута, меди, цинка, сурьмы, свинца, марганца, серебра, олова, и РЗЭ — самария и церия, которые готовятся из сульфидов или карбонатов с добавкой серы, восстановителей и плавней. В большинстве своем обладают длительной и интенсивной флуоресценцией, термолюминесценцией, и некоторые триболюминесценцией.
  •  — селениды. Сюда относятся селениды цинка, кадмия, кальция, стронция и бария, активированные медью, цинком, сурьмой свинцом, висмутом, серебром. Все готовятся из готовых селенидов или исходных соединений с добавкой плавней. Обладают сравнительно интенсивной флуоресценцией и термолюминесценцией.
  •  — группа включает в себя смеси соединений первой и второй группы.
  •  — окисные. Это окиси магния, кальция, стронция и карбонат бария прокалённые с плавнями и активаторами из второй группы. Готовятся без добавления серы. Обладают хорошей люминесценцией, так же флуоресценцией и сильной термолюминесценцией.
  •  — неорганические бораты. Разной стехиометрии бораты цинка и кадмия с марганцевым активатором. Имеют хорошую флюоресценцию оранжево красных тонов.
  •  — прочие кристаллофосфоры. Нитриды бора и их смеси.

Все группы фотолюминофоров различаются не только по химическому составу, но и по физическим свойствам присущие разным составам, а также способом синтеза, обработки и применению таких составов на практике.

При возбуждении люминофора светом энергия может быть поглощена как на уровне активатора, так и на уровне основного вещества.

  • Поглощение на уровне активатора

Поглощение сопровождается переходом электрона с основного уровня активатора на возбужденный, а излучение света происходит при обратном перемещении электрона. Возникает явление флуоресценции. Электроны, вырванные возбуждающим светом, могут перейти в зону проводимости и локализоваться на ловушках. Освободиться из ловушек электроны могут лишь в том случае, если им сообщить необходимое количество энергии. При этом электроны либо переходят в зону активатора и рекомбинируют с центрами свечения, либо будут повторно захвачены ловушками. В этом случае возникает явление фосфоресценции (длительное свечение). [1]

  • Поглощение на уровне основного вещества

При поглощении света электроны переходят в зону проводимости из валентной зоны. В валентной зоне образуются дырки, которые переходят и могут локализоваться в зоне активатора. Помимо образования электронно-дырочный пар, в решетке могут образоваться экситоны (квазичастицы, представляющие собой электронное возбуждение в диэлектрике, полупроводнике или металле), которые способны ионизировать центры свечения. Возникает явление люминесценции. [1]

Применение[править | править код]

Эвакуационный знак с люминофорным покрытием

Сфера применения фотолюминофоров достаточно обширна. Узкополосные люминофоры, активированные редко земельными элементами используются при создании люминесцентных ламп. Перспективность применения этих люминофоров обусловлена возможностью одновременного повышения световой отдачи и индекса цветопередачи люминесцентных ламп. Это помогает добиться существенной экономии расходов на освещение.[2]

Фотолюминофоры нашли применение в эвакуационных системах, ведь в отличие от электрических эвакуационных систем не потребляют энергию, не требуют затрат на эксплуатацию и позволяют реализовать протяженную разметку в труднодоступных местах.

Для оптимизации поисковых работ предлагается использовать альтернативные источники световой энергии – люминофоры длительного послесвечения (ЛДП). Люминофоры можно наносить на одежду в виде вставок. Также люминофоры можно использовать для маркировки пострадавших.

ЛДП используются в изделиях в двух основных типах:

  1. Лакокрасочный вариант имеет высокую яркость свечения, экономичный расход люминофора, высокая долговечность, устойчивость к внешним  воздействиям. Наносится на изделие поверх отражающего слоя (белый грунт), и покрывается сверху защитным слоем. К недостаткам относится низкая гидролитическая устойчивость, особенно при воздействии солнечного облучения.
  2. Монолитный вариант представляет собой изделие из материала с малым оптическим поглощением.

Алюминат стронция в виде тонкослойного источника света используется в эвакуационных знаках и знаках пожарной безопасности.[3]

  1. 1 2 Казанкин О.Ф., Марковский Л.Я., Миронов И.А., Пекерман Ф.М., Петошина Л.Н. Неорганические люминофоры. — Ленинград, 1975.
  2. Быстров Ю. А., Литвак И. И., Персианов Г. М. Электронные приборы для отображения информации. — Москва, 1985.
  3. [6] Абовян М. Ю., Микаэль Ю., Большухин В.А., Буйновский А. С. Функциональные оксидные материалы на основе редких и редкоземельных металлов. — Томск, 2005.