Основные свойства люминесценции
Способность веществ к люминесценции и ее особенности. Люминофоры, возбуждаемые светом, рентгеновскими лучами, возбуждаемые ядерными излучениями. Зависимость яркости от напряжения. Практическая роль люминесценции. Энергетический выход люминесценции.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 01.05.2011 |
Размер файла | 705,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции Левшина. В.Л.Левшиным была установлена закономерность, характерная для многих веществ, обладающих молекулярным свечением,-- правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции, которое может быть сформулировано следующим образом: нормированные спектры поглощения ? (?) и люминесценции І (?)/? зеркально- симметричны относительно прямой, проходящей перпендикулярно к оси частот через точку пересечения спектров (где ? и І -- показатель поглощения и интенсивность люминесценции на частоте ?).
Математическая запись правила зеркальной симметрии имеет вид
? погл + ? люм = 2?0, (5.7)
где ? погл -- частота поглощаемого света, ? люм -- симметричная ей частота в спектре люминесценции, ?0 --частота линии симметрии, проведенной через спектров поглощения и люминесценции. Выражение (5.7) можно заменить соотношением
? погл - ? люм = 2(? погл -?0). (5.8)
в ряде случаев соотношение (5.8) строго выполняется как в отношении линейной зависимости ?? погл = ? погл - ? люм от ? погл, так и в отношении численного значения углового коэффициента, равного двум. На рис5.3 приведены зависимости ?? (? погл) для четырёх красителей. Видно, что у всех у них наблюдается линейная зависимость ?? от ? погл и практически одинаковы значения тангенсов угла наклона прямых ?? (? погл). Из этих данных следует, что у всех четырёх красителей правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции строго соблюдается.
Для выполнения правила зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции необходимо, чтобы имела место симметрия частот и симметрия интенсивностей соответствующих линий поглощения и люминесценции. Эти требования были установлены в работах В.Л.Левшина.
При строгом выполнении правила Левшина для зеркально-симметричных частот ? погл и ? изл выполняется равенство
І ?изл.кв/??погл = ?, (5.9)
Где І ?изл.кв -интенсивность люминесценции на частоте ?изл (для каждой частоты ?/?изл.кв = Е(?)/??, где Е(?) -- лучистый поток люминесценции в интервале частот d?, h -- постоянная Планк); ??погл --коэффициент поглощения на частоте ? погл; ? -- множитель пропорциональности, не зависящей от частоты. При наличии зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции соотношении (5.9) должно выполняться для всех частот, т.е.
Ікв/А = const, (5.10)
Где Івк--квантовая излучательная способность исследуемого вещества, определяемого площадью его спектра люминесценции; А -- поглощательная способность вещества, характеризуемая площадью спектра поглощения.
Закон Вавилова. С.И.Вавилов установил закономерность энергетического выхода люминесценции Вэн от длины волны возбуждающего света ?возб, в соответствии с которой энергетический выход люминесценции первоначально растёт пропорционально длине волны возбуждающего света, затем в некотором интервале длин волн остаётся постоянным, после чего резко падает. Эта зависимость получила название закона Вавилова. На рис.5.4 представлена зависимость Вэн от ?возб для раствора красителя флуоресцеина в воде. В области длин волн возбуждающего света, где наблюдается линейная зависимость Вэн от ?возб, квантовый выход люминесценции Вкв должен быть постоянной величиной. На этом участке спектра Вэн =??возб, тогда
Вэн =??возб = Вкв?л/?возб = Вкв?возб/?л, (5.11)
Откуда
Вкв= ??л = const. (5.12)
Следовательно, во всём спектральном интервале, где энергетический выход люминесценции пропорционален длине волны возбуждения, квантовый выход свечения сохраняет постоянное значение. Следовательно, независимо от величины частоты возбуждающего кванта в этой спектральной области в излучение преобразуется их постоянное число.
Закон Вавилова строго выполняется для веществ, обладающих свойствами молекулярной люминесценции.
6.Люминесцирующие вещества
Способность различных веществ к люминесценции связана с относительной ролью излучательных и безызлучательных переходов из возбужденных состояний в нормальное. Другими словами, выход люминесценции зависит от степени тушения люминесценции, и способность к люминесценции, не может рассматриваться как некоторое свойство, присущее данному веществу, т. к. тушение люминесценции зависит как от структуры самого вещества, так и от внешних условий. В достаточно разреженных атомных парах, в которых сродное время между соударениями атомов значительно превышает сродное время данного возбужденного состояния, выход люминесценции должен быть равен единице. Это подтверждается экспериментальными данными о выходе резонансной флуоресценции. В более плотных атомных парах может происходить переход энергии возбуждения в кинетическую энергию атомов («удары 2-го рода»), уменьшающий выход люминесценции. В молекулярных парах появляется возможность перехода энергии электронного возбуждения в колебательно-вращательную энергию молекул и передачи этой энергии при соударениях, приводящих к установлению теплового равновесия. Такие процессы часто уменьшают выход люминесценции практически до пуля. Безызлучате-льные переходы электронной энергии в колебательную энергию данной молекулы и распределение последней по окружающим молекулам с быстрым приближением к равновесию становится еще более вероятным в конденсированных фазах. Поэтому в последних случаях имеет смысл говорить об определенных классах люминесцентных веществ, у которых, в силу тех или иных особых условий, выход люминесценции сравнительно высок. У многих веществ в жидком (или твердом) состоянии (в особенности у специально приготовленных ярко люминесцирующих веществ, или люминофоров) квантовый выход фотолюминесценции приближается к единице, а выход катодо- или радиолюминесценции достигает 20-30%.
Среди индивидуальных неорганических веществ число люминесцирующих в обычных условиях невелико. К ним относятся, например, ураниловые и платиносинеродистые соли, соединения редких земель, вольфраматы. Однако обнаруживается все больше случаев люминесценции чистых неорганических кристаллов (например, щелочных галоидов, сульфидов) при низких температурах. Еще не во всех случаях ясно, обусловлена ли люминесценция излучением экситонов или дефектов кристаллической решетки. Большинство неорганических люминесцирующих веществ относится к кристаллофосфорам, т. е. кристаллам, в которых имеются примеси или активаторы.
Из органических веществ хорошо люминесцируют главным образом соединения с цепями двойных сопряженных связей, в т. ч. большинство ароматических соединений. Связь люминесценции с химической структурой, несмотря на интенсивное излучение, остается до сих пор одной из трудных проблем. Из установленных правил следует отметить что люминесценции способствует «жесткая» структура молекул, затрудняющая некоторые типы колебаний. Поэтому люминесценцию органических веществ усиливается не только при понижении температуры, но и при закреплении молекул в стеклообразной среде или путем адсорбции.
Люминофоры-- люминесцирующие синтетические вещества. По химической природе люминофоры разделяются на неорганические, большинство из которых относится к кристаллофосфорам, и органические.
Органические люминофоры, выпускаемые под названием люмогенов (например, люмоген светло-желтый, люмоген оранжево-красный), - обычно довольно сложные органические вещества разнообразного строения, обладающие яркой люминесценцией под действием ультрафиолетовой и часто также коротковолновой части видимого света. Они применяются как декоративные краски, в полиграфии, для люминесцентной отбелки тканей, в гидрологии -- для люминесцентной метки песка, в люминесцентной микроскопии. Краски из органических люминофоров обладают большей яркостью и чистотой цвета, чем обычные. Неорганические люминофоры разделяются на следующие основные типы:
1.Люминофоры, возбуждаемые светом (фотолюминофоры)
Для люминесцентных ламп низкого давления первоначально применялась смесь из MgWO4 (голубое свечение) и (Zn, Be)2Si04-Mn (желто-красное свечение). Эти люминофоры были заменены однокомпонентным люминофором - галофосфатом кальция, активированным Sb и Mn (3Ca3(PO4)2*Ca(F,Cl)2-Sb,Mn), имеющим недостаток излучения в красной части спектра. Для улучшения цветности К нему могут добавляться CaSiO3-Pb, Mn, (красное свечение) и Zn2SiO4-Mn (зеленое свечение). Для ламп с улучшенной цветопередачей могут быть использованы также добавки излучающие в красной области спектра. Для ламп с излучением в ультрафиолетовой области применяются BaSiO4, (Sr,Ca)3(PO4)2-Tl. Для исправления цветности ртутных ламп высокого и сверхвысокого давления применяются люминофоры, которые под действием ультрафиолетового света дают красное свечение и не тушатся под влиянием высокой температуры, создаваемой лампами высокого давления.
Люминофоры с длительным послесвечением находят разнообразные применения, например для аварийного освещения, светящихся красок, маркирующих обозначений. Наиболее длительным свечением обладают люминофоры на основе сульфидов (щелочноземельных металлов (CaS, SrS), активированных Cu,Bi,Pb редкими землями и др. Однако эти люминофоры неустойчивы на воздухе и трудно поддаются герметизации. Большое практическое применение находят люминофоры на основе ZnS. Наиболее ярким послесвечением (в желто-зеленой области спектра) обладает ZnS-Cu (РКП -- ОЗК), яркость которого через час после возбуждения лампой дневного света составляет 0,005 апостильб. Меньшей начальной яркостью, но еще более длительным свечением обладает ZnS-Cu, Co (ФКН - 04, ФКП - О5).
2. Люминофоры для электронно-лучевых трубок электронно-оптических преобразователей (катодолюминофоры)
Разработано огромное число люминофоров с разными спектрами свечения и различной длительностью послесвечения. Наиболее ярким люминофором с синим свечением ZnS-Ag (К -- 10) (энергетический выход катодолюминесценции до 20%); для получения белых экранов он смешивается с ZnS*CdS-Ag (желтой свечение). Применяются также силикатные и вольфраматные люминофоры, некоторые окислы.
3.Люминофоры, возбуждаемые рентгеновскими лучами (рентгенолюминофоры)
Для рентгеновских экранов визуального наблюдения применяются люминофоры с желто-зеленым свечением, соответствующей области наибольшей чувствительности глаза; для рентгенографии - люминофоры с синим свечением CaWO4.
4. Люминофоры, возбуждаемые ядерными излучениями
Для светящихся красок и в качестве слабых источников света применяются т. н. светосоставы постоянного действия (СПД) - люминофоры с примесью небольшого количества радиоактивного вещества. Первоначально к люминофорам добавлялись естественные а-радиоактивные вещества (Ra или Тh). Срок работы таких СПД ограничивается радиационным повреждением люминофоров. Этим недостатком не обладают СПД с b-излучателями, в качестве которых применяются некоторые изотопы с малой энергией b-частиц. Разрабатывается применение газообразного Kr85 в баллонах, покрытых люминофором изнутри. Люминофоры для регистрации ядерных излучений в сцинтилляционных счетчиках, применяемые в виде больших неорганических или органических монокристаллов, а также пластмасс и жидких растворов, называются сцинтилляторами.
5. Электролюминофоры
Практическое значение имеет в основном ZnS-Cu. В отличие от обычных люминофоров, концентрация Cu в электролюминофорах повышена (до 10-3 г ). Для изменения свойств люминофоров (увеличения яркости, изменения спектра) в него вводятся соактиваторы: Mn, Ag, Pb, Sb, Ga, Al, Cl. Кроме ZnS, основаниями для электролюминофоров могут служить (Zn,Cd)S, Zn(S,Se) и другие.
Заключение
Люминесценция -- основной вид излучения вещества. Исследования люминесценции ведут к познанию свойств самого излучения, а также свойств и строения вещества и открывают возможности для многочисленных научных и технических применений.
Лишь с возникновением квантовой теории света холодное свечение--люминесценция--получило своё естественное истолкование и перестало быть загадочным явлением природы.
Понимание природы холодного свечения позволило установить его тесную связь с различными свойствами вещества и открыло разнообразные возможности его применения во многих областях науки и технике. Позволив экономично и во многом весьма совершенно решить светотехнические задачи, люминесценция стала широко применяться при изучении взаимодействий света с веществом, при изучении свойств вещества и его состава, биологических объектов и биологических процессов в научных исследованиях и в практической медицине, для обнаружения невидимых глазу излучений и радиаций, при решении технических задач, например в телевидении, в электронно-вычислительной технике, при разработке различных видов оптических квантовых генераторов, при поисках полезных ископаемых, в инженерной геологии и в других областях техники и народного хозяйства.
Список используемой литературы
Адирович Э.И. Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов. М.: Гостехиздат, 1956.--337с.
Антонов-Романовский В.В. Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров. М.: Наука, 1966.--323с.
Верещагин И.К. Электролюминесценция кристаллов. М.: Наука, 1974.--205с.
Гольдман А.Г. Электролюиинесценция твёрдых тел. Киев. Изд-во “Наукова думка”--319с.
Лёвшин В.Л. Фотолюминесценция жидких и твёрдых веществ. М.--Л.: Гостехиздат, 1951.--332с.
Лёвшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и её измерения. М.: Изд-во МГУ 1989.--272с.
Кюри Д. Люминесценция кристаллов. М.: Изд-во И.Л., 1961.--199с.
Прингсхейм П., Фогель М. Люмсинесценция жидких и твёрдых тел и её применение, И.Л., 1948.--109с.
Хениш Г. Электролюминесценция. М.: Изд-во “Мир”, 1964.--455с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общие положения теории люминесценции. Разгорание и затухание люминесценции. Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения, частоты, температуры. Действие на люминофоры инфракрасного излучения. Электрофотолюминесценция.
дипломная работа [51,1 K], добавлен 05.04.2008Основные понятия люминесценции кристаллов. Квантовый и энергетический выход люминесценции. Способы возбуждения электролюминесценции. Влияние внешних электрических полей и высоких гидростатических давлений на характеристики галофосфатных люминофоров.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.07.2015Яркость люминесценции кристаллов. Основные физические характеристики люминесценции. Изучение спектра, кинетики и поляризации излучения люминесценции. Яркость фосфоресценции органических молекул. Начальные стадии фосфоресценции кристаллофосфоров.
реферат [36,8 K], добавлен 05.06.2011Сущность и законы флуоресценции, принципы регистрации данного явления, кинетика и поляризация. Спектры возбуждения люминесценции. Фотообесцвечивание красителей. Зависимость флуоресценции от микроокружения молекулы. Иммуно-флуоресцентная микроскопия.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 19.08.2015Общее понятие о люминесценции. Лазерные кристаллы, активированные ионами Ln3+. Соединения cемейства шеелита. Редкоземельные оптические центры. Явление комбинационного рассеяния света. Метод полиэдров Вороного-Дирихле. Главные свойства молибдатов.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 18.07.2014Уровни свободного иона. Мощность поглощения планковской радиации. Универсальное соотношение между спектрами поглощения и люминесценции. Параметры экситонов в различных полупроводниковых материалах. Образование центров люминесценции в результате прогрева.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 10.06.2011Основные элементы конструкции волоконных лазеров. Фотонно-кристалические активированные волокна. Энергетические уровни ионов иттербия в кварцевом стекле. Влияние нагрева на спектры поглощения и люминесценции, на эффективность генерации волоконных лазеров.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.10.2013Физическая природа поглощения и люминесценции. Состав стекла, легированного висмутом, и спектры поглощения. Структурирование висмутовых стекол с помощью фемтосекундного лазера. Исследование температурной зависимости спектрального коэффициента поглощения.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 14.01.2014Источники холодного свечения. Возбуждение люминесценции. Фотолюминесценция, катодолюминесценция, радиолюминесценция, рентгенолюминесценция, хемилюминесценция, биолюминесценция, электролюминесценция.
доклад [9,5 K], добавлен 20.05.2007Изучение явления люминесценции А. Беккерелем. Исследование урановых лучей. В.И. Вернадский как основоположник радиогеологии в России. Величайший вклад Марии Склодовской-Кюри в изучение радиоактивных веществ. Вклад П.П. Орлова в исследование солей урана.
презентация [11,9 M], добавлен 10.02.2014