ルミネセンス：型、メソッド、およびアプリケーション。 熱刺激ルミネッセンス - これは何ですか？

発光は、 - 比較的低温の状態で特定の材料による光の放出です。 それは、木材や石炭、溶鉄及び電流によって加熱されたワイヤを燃焼として白熱体の放射とは異なります。 ルミネッセンス発光が観測されています。

• ネオンや蛍光灯、テレビ、レーダースクリーン及び透視で、
• そのようなホタルでルミノールまたはルシフェリンのような有機物質で、
• 屋外広告で使用される特定の顔料中。
• 雷やオーロラを持ちます。

全てのこれらの現象の発光は、室温以上の材料を加熱することによって引き起こされていないので、冷光と呼ばれます。 発光材料の実用的な値は、にエネルギーの目に見えない形に変換する能力である可視光。

ソースとプロセス

発光現象は、これは、励起状態の物質原子もたらす。紫外線やX線、電子ビーム、化学反応など。Dの供給源から、例えば、エネルギー吸収材料の結果として生じます。 それは、元の状態に戻る材料不安定であり、吸収されたエネルギーは、光及び/又は熱として放出されるからです。 プロセスは、外殻電子を含みます。 発光効率は、光に励起エネルギーの転換の程度に依存します。 実用上十分な性能を有する材料の数は、比較的小さいです。

ルミネセンスと白熱

発光励起は原子の励起とは関係ありません。 熱い材料は、電球の結果として輝きを開始するとき、それらの原子は励起状態にあります。 彼らは室温でも振動が、放射線は遠赤外線スペクトル領域で発生していることは十分です。 温度の上昇に伴って、可視領域内の電磁放射の周波数をシフトさせます。 一方、ショックチューブ、例えば、生成される非常に高い温度で、原子衝突は、電子が発光し、それらから分離し、再結合されるように強いことができます。 この場合、発光と白熱は区別できなくなります。

蛍光顔料や染料、

それらは吸収相補的であるスペクトルの部分を反射するような従来の顔料及び染料が色を有します。 エネルギーの小さい部分は熱に変換されるが、有意な放出が起こります。 しかしながら、蛍光色素は、特定の領域の範囲内の光を吸収する場合には、反射は異なる、光子を放出することができます。 これは、紫外線、可視、例えば、青色光に変換することが可能な染料や顔料分子内のプロセスの結果として生じます。 このような発光方法は屋外広告及び洗濯粉で使用されています。 後者の場合には、「浄化」は白を反映するだけでなく、白色度を補償し、増強黄色、青色に紫外線を変換するだけでなく、組織内に留まります。

初期の研究

雷オーロラとホタルおよび真菌の鈍い輝きが常に人類に知られているが、第一発光研究は1603グラムで、場合ボローニャ（イタリア）のヴィンチェンツォKaskarioloの錬金術師と靴屋、合成材料から始まった。硫酸バリウムの加熱混合物（形態でバライト、石炭と重晶石）。 冷却後、得られた粉末を、夜青色発光放射され、そしてKaskarioloは、それが太陽光に粉体を施すことによって復元することができることに気づきました。 錬金術師は、金に卑金属を回すことができることを望んでいるので、物質は、「ラピスのSolaris」やサンストーンと名付けられた、シンボルはその日です。 残光は、材料や「光のキャリア」を意味する「リン」など、他の名前を、与えて、期間の多くの科学者の関心を引き起こしました。

今日では、名前「リン」は、蛍光体と呼ばれる微発光材料が、唯一の化学元素のために使用されます。 「リンは」Kaskarioloは、明らかに、硫化バリウムました。 硫化カルシウムの溶液 - 最初の市販の蛍光体（1870）「ペイントバルマン」となりました。 現代の技術の中で最も重要なものの一つ - 1866年、それは最初の安定した硫化亜鉛蛍光体で説明しました。

彼は、この光の生化学的起源を知って、まだ生物発光システムの基本的なプロパティの一部を設定しなかったものの、木材腐朽や肉とホタルで明らかにされる発光、の最初の科学的研究の一つは、誰が、英語の科学者ロバート・ボイルによって1672年に行われました。

• 冷たいグロー;
• それは、アルコール、塩酸、アンモニアなどの化学剤によって抑制することができます。
• 放射線は空気へのアクセスが必要です。

年1885-1887には、粗抽出物ホタルから西インド諸島（pyrophorus）およびクラムフォラディが場合農産物の光を混合することが観察されました。

最初の有効な化学発光物質は、1928年に発見ルミノールなどの非生物学的合成化合物でした。

ケミおよび生物発光

化学反応、特に酸化反応で放出されるエネルギーの大部分は、熱の形を持っています。 いくつかの反応が、化学発光（CL）の前に高いレベルまで、及び蛍光分子内の電子を励起するために使用される部分です。 研究は、CLは普遍的な現象であることを示しているが、発光強度は、それが敏感な検出器の使用を必要とするほど小さいです。 鮮やかなCLを示す化合物のいくつかは、しかし、があります。 最もよくこれらの既知の過酸化水素による酸化の際に強い青色または青 - 緑色の光を得ることができるルミノール、です。 CL-物質の他の強み - とルシゲニンlofin。 その輝度CLにもかかわらず、すべてのそれらの、すなわち、光に化学エネルギーを変換するのに有効である。分子の1％よりK.以下で光を発します。 1960年代には高度に蛍光性芳香族化合物の存在下で無水溶媒中で酸化シュウ酸エステルは、23％の効率で明るい光を発することがわかりました。

生物発光は、酵素によって触媒化学発光の特殊なタイプです。 これらの反応の発光出力は、ルシフェリン反応物の各分子が状態を発光に入ることを意味し、100％に達することができます。 すべての知られている今日の生物発光反応は、空気の存在下で起こる酸化反応を触媒しました。

熱刺激ルミネッセンス

サーモには熱放射を意味しないが、発光材料、熱によって励起された電子を強化します。 彼らは光によって励起された後、いくつかの鉱物で、特に結晶蛍光体で観察された熱刺激ルミネッセンス。

フォトルミネッセンス

材料上に入射する電磁放射の作用下で生じるフォトルミネッセンスは、X線およびガンマ線に紫外を通じて可視光の範囲で行うことができます。 発光において、光子によって誘導される、放射される光の波長は、励起波長より一般以上である（M。E.等しいか又は少ない電力）。 原子またはイオンの振動に入ってくるエネルギーの変換に起因する波長の差。 時々、集中レーザビームと、出射された光は、短波長を有することができます。

PLは、紫外線によって励起することができるという事実は、彼が蛍光体は、スペクトルの紫の一部の不可視領域に明るく光るので、紫外線を開いたことに注目1801年にドイツの物理学者ヨハンリッターによって発見されました。 可視光に対するUVの変換は、大きな実用的に重要です。

ガンマおよび X線は 発光が発生することにより、電子とイオンの再結合に続いて、イオン化プロセスによって発光状態に蛍光体、及び他の結晶性材料を励起します。 それを使用することは、放射線科で使用されるX線透視、及びシンチレーションカウンターです。 最後のレコードと光電子増倍管の表面と光学的に接触している蛍光体で被覆されたディスクに向けガンマ放射線を測定します。

triboluminescence

ときにこのような糖、破砕、可視スパークのようないくつかの物質の結晶。 同じことが多くの有機および無機物質で観察されます。 正と負の電荷によって生じる発光のすべてのこれらのタイプ。 最近の結晶化プロセスにおける機械的分離面によって生成さ。 直接分子の部分の間に、いずれかの分離表面近傍の雰囲気の発光の励起を介して - 発光は次いで放電することによって行われます。

エレクトロ

熱ルミネッセンス、エレクトロルミネッセンス（EL）という用語は、光の場合、ガス、液体および固体材料における放電出射されることとなっている発光共通の特徴の様々な種類を含みます。 1752年Bendzhaminフランクリンは、大気を介して落雷による放電の発光を確立しました。 1860年に、放電ランプは、最初にロンドンの王立協会で実証されました。 彼女は、低い圧力で二酸化炭素を介して高電圧放電に明るい白色光を生成しました。 近代的な蛍光灯を放電灯により励起エレクトロフォトルミネッセンス水銀原子の組み合わせに基づいており、それらによって放出された紫外線は、蛍光体を介して可視光に変換されます。

ELは、イオンの再結合に起因する電解（したがって化学発光の一種）中の電極で観察しました。 また、エレクトロと呼ばれる光の発光硫化亜鉛発光発生、の薄い層内の電界の影響下。

ダイヤモンド、ルビー、結晶リン及び特定の複合白金塩 - 材料の多くは、加速された電子の影響下で発光を発します。 カソードルミネッセンスの最初の実用化 - オシロスコープ（1897）。 改良された結晶性の蛍光体を用いて同様の画面がテレビ、レーダー、オシロスコープ及び電子顕微鏡で使用されています。

ラジオの

放射性元素は、アルファ粒子（ヘリウム原子核）、電子およびガンマ線（高エネルギー電磁放射）を放出することができます。 放射線ルミネッセンス - 放射性物質によって励起された輝き。 アルファ粒子は、顕微鏡小さなフリッカー下で見える結晶蛍光体を、衝突します。 英語の物理学者使用してこの原理を、アーネスト・ラザフォード原子が中心コアを持っていることを証明します。 時計や他のツールをマーキングするために使用され、自発光塗料はRLに基づいています。 それらは、例えばトリチウムやラジウムのために、蛍光体と放射性物質で構成されています。 太陽の放射性プロセスは、電子とイオンのスペース巨大な塊に放出： - 印象的な自然な発光がオーロラです。 彼らは地球に近づくと、その地磁気は極にそれらを指示します。 大気の上層におけるガス放電処理とは、有名なオーロラを作成します。

ルミネセンス：プロセスの物理学

可視光の発光（690 nmおよび400 nmの間の波長を有する即ちE.）励起は少なくともアインシュタインの法則で決定されたエネルギーを必要とします。 E =hνを= HC /λ：エネルギー（E）は、光（ν）の周波数または波長（λ）で割った真空（c）は、その速度を乗じたプランク定数（H）に等しいです。

したがって、励起に必要なエネルギーは、（赤）40キロカロリーから（イエロー用）60キロカロリーの範囲であり、物質のモル当たり80カロリー（紫色）です。 エネルギーを発現する別の方法-電子ボルト（1電子ボルト= 1.6×10 ^-12 ERG） - 1.8〜3.1eVです。

励起エネルギーが高いものにその基底レベルからジャンプ発光を担当する電子に転送されます。 これらの条件は、量子力学の法則によって決定されます。 励起の様々な機構は、それが単一の原子や分子に、又は結晶中の分子の組み合わせで発生するかどうかに依存します。 それらは、電子、正イオンまたは光子などの加速粒子の作用によって開始されます。

多くの場合、励起エネルギーが放射線に電子を上昇させるのに必要なよりも有意に高くなっています。 例えば、蛍光発光液晶テレビスクリーン、25,000ボルトの平均エネルギーを用いて製造陰極電子。 それにもかかわらず、蛍光の色は、粒子のエネルギーのほとんど無関係です。 これは、結晶エネルギーセンターの励起状態のレベルによって影響されます。

蛍光灯

発光が起こる原因た粒子 - 原子または分子のこの外側の電子。 蛍光灯、水銀原子のような、より高いレベルへの2個の外殻電子の持ち上げ、エネルギー6.7電子ボルト以上の影響を受けて駆動されます。 基底状態への復帰後のエネルギー差は、185ナノメートルの波長を有する紫外光として出射されます。 ベースと別のレベルの間の遷移を生成する 紫外線を 順番に、他の蛍光発生可視光を励起可能254nmで、で。

この放射線は、で使用される低圧水銀蒸気（10 ^-5気圧）において特に強い ガス放電ランプ 低圧。 したがって、電子エネルギーの約60％に変換された 単色UV光。

高い圧力で、周波数が高くなります。 スペクトルは、もはや、254nmでのスペクトル線で構成されず、放射エネルギーが異なる電子レベルに対応するスペクトル線から配信された：303、313、334、366、405、436、546および578 nmでした。 結果は白に変わりとして蛍光体を用いた赤色光の放射の一部を変形しながら、高圧水銀ランプは、可視405から546 nmの青緑色光は、照明のために使用されます。

ガス分子が励起されたときは、その発光スペクトルがブロードバンドを示します。 電子のみがレベルより高いエネルギーが、全体的に原子の同時に励起振動及び回転運動に上昇させているわけではありません。 分子の振動および回転エネルギーは、単一バンドの僅かに異なる複数の波長成分を定義するために加算遷移エネルギーの10 ^-2および10 ^-4であるからです。 大きな分子は、いくつかの重複ストリップ、遷移の各タイプのための1つを有しています。 溶液中の放射分子は、有利には、励起された分子と溶媒分子の比較的多数の相互作用によって引き起こされるリボン状。 分子中、分子軌道の発光外殻電子に関与する原子です。

蛍光と燐光

これらの用語は、発光の期間に基づいて、だけでなく、生産のその方法ではないだけで区別することができます。 電子はそれが容易に地面に戻ることができ、そこから保有そこ10 ^-8 Sと一重項状態に励起される場合、物質は、蛍光としてそのエネルギーを放出します。 移行時には、スピンは変更されません。 基本と励起状態は、同様の多重度を持っています。

エレクトロンは、しかし、彼の背中の治療で（「励起三重項状態」と呼ばれる）は、より高いエネルギーレベルに上昇させることができます。 量子力学では、一重に三重項状態からの遷移は禁止され、したがって、彼らの人生の時間をはるかに。 したがって、この場合、発光ははるかに長期的である：燐光があります。