Dalībnieks:Luminescent starlord/Smilšu kaste

Vikipēdijas lapa
Jump to navigation Jump to search
Luminiscence kristālā.

Luminiscence ir spontāna elektromagnētiskā starojuma emisija, kuru neizsauc melna ķermeņa starojums, bet gan enerģijas atbrīvošana elektronu pārejas no ierosināta uz pamatstāvokli rezultātā. Luminiscences ilgums ievērojami pārsniedz gaismas svārstību periodu 10^-15s. [1]

Luminiscenci dēvēt par auksto gaismu. Emitēta starojuma viļņa garums ir optiskajā diapazonā, kurš ietver daļu ultravioletās, visu redzamās un daļu infrasarkanās gaismas diapazona jeb no 430 līdz 750 nanometriem (nm).

Svarīgi saprast, ka luminiscence fundamentāli atšķiras no kvēles jeb melna starojuma. Kvēli izsauc augsta materiāla temperatūra un novērojama visiem elementiem, kuri nemaina agregātstāvokli augstajā temperatūrā. [2]

Kvēli tipiski novēro no 550 °C līdz 1300 °C , bet luminiscence vispārīgā gadījumā nav atkarīga no materiāla temperatūras un novērojama no 3 K līdz agregātstāvokļa maiņas robežai.

Vēsture[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Interese par luminiscenci aizsākās 1602.gadā, kad tika atklāts izteikti spīdošs Boloņas akmens, kas pēc ķīmiskā sastāva ir BaSo4 ar piejaukumiem. Cilvēki mēģināja paši radīt šādus spīdošus materiālus bieži vien izmantojot radioaktīvus elementus.Luminiscences pētījumu popularitāte strauji pieauga sākot ar 1996. gadu, kad tika iegūts ilgi spīdošs stroncija alumināts aktivēts ar eiropiju un disproziju. Šobrīd ir labi izpētīti zaļās un zilās krāsas luiminofori, taču pēdējos gados pieaugusi interesa par sarkaniem un infrasarkaniem luminiscējošiem materiāliem, īpaši tādēļ, ka tos varētu potenciāli izmantot medicīnā. [3]

Luminiscences mehānisms[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Luminiscenci var novērot materiālos ar defektiem vai apzināti pievienotiem aktivatoru joniem. Šādiem materiāliem, absorbējot pietiekami lielu enerģiju, elektroni no pamatstāvokļa nonāk ierosinātā stāvoklī. Elektroniem, nonākot atpakaļ pamatstāvoklī, tiek izstaroti fotoni. Materiāli daļu enerģijas var zaudēt bezistarojumu pārejās, tādēļ gaismas veidā emitētā enerģija visbiežāk ir mazāka par absorbētā starojuma enerģiju un attiecīgi izstarotā starojuma viļņa garums ir lielāks par ierosmes viļņa garumu. Šo enerģijas starpību sauc par Stoksa nobīdi. Iespējami arī gadījumi, kad absorbētā enerģija ir mazāka par emitēto, piemēram, augšuppārveidotās luminiscences procesos. [4]

Tipi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Fluorescence, fosforescences un termostimulētas luminiscences attēlojums.

Luminiscenci iedala attiecīgajos tipos:

  • Ķīmiskā luminiscence gaisma tiek emitēta ķīmiskās reakcijas rezultātā;
    • Bioluminiscence gaisma tiek emitēta bioķīmiskās reakcijas rezultātā;
    • Elektroķīmiskā luminiscence gaisma tiek emitēta elektroķīmiskās reakcijas rezultātā;
    • Lyoluminiscence gaisma tiek emitēta ierosinātas cietvielas izšķīdināšanas rezultātā;
    • Candoluminiscence gaisma tiek emitēta materiālam sasniedzot konkrētu temperatūru, bet emitējot īsāka viļņa garuma starojumu kā to, kuru nosaka melna ķermeņa starojums;
  • Kristaluminiscence gaisma tiek emitēta kristalizācijas procesa laikā;
  • Elektroluminiscence gaismas emisiju izsauc elektronu plūsma materiālā;
    • Katodoluminiscence gaismas emisiju izsauc apstarošana ar elektroniem;
  • Mehāniskā luminiscence mehāniskā mijiedarbība ar cietvielu izsauc gaismas emisiju;
    • Triboluminiscence gaismas emisiju izsauc kristālisko saišu saraušana. Saišu saraušanu var izsaukt materiāla skrāpēšana, spiešana vai beršana;
    • Fraktoluminiscence gaismas emisiju izsauc kristālisko saišu saraušana materiālam plīstot jeb plaisai izplatoties;
    • Pjezoluminiscence materiāliem, kuriem novērojams pjezoelektroskais efekts un fluorescence vai fosforescence, efektu sauc par pjezoluminiscenci nevis par triboluminiscence. Gaismas emisiju izsauc materiāla spiešana, stiepšana vai potenciāla starpības radīšana.
    • Sonoluminiscence gaisma tiek emitēta skaņas radītu gaisa burbuļu eksplozijas rezultātā šķidrumos
      Vienkāršots fotoluminiscences mehānisms.
  • Fotoluminiscence gaismas emisiju izsauc fotonu absorbcija;
    • Fluorescence fotoluminiscences apakštips. Elektronu pāreja novērojama no singleta uz singleta līmeni. Dzīves laiks pāris nanosekundes ();
    • Fosforescence elektronu pāreja novērojama no tripleta uz singleta līmeni. Dzīves laiks var būt no dažiem simtiem nanosekunžus līdz vairākām minūtēm ();
  • Radioluminiscence gaismas emisiju izsauc jonizējošais starojums;
    Termoluminiscences process.
  • Termoluminiscence gaismas emisiju izsauc elektronu atbrīvošana no ķērājcentriem jeb režģa defektiem termiskās enerģijas paaugstināšana jeb ierosināta materiāla uzsildīšana; [5][6]
    • Krioluminiscence gaismas emisiju izsauc materiāla atdzesēšana.

Ilgspīdošā luminiscence[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Luminiscenti materiāli[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Visbiežāk luminiscenti materiāli ir neorganiski, cieti savienojumi ar pašvielas defektiem vai pievienotiem piejaukumiem. Materiāla pamatmatricas var būt sulfīdi, silikāti, alumināti, gallāti, germanāti nitrīdi un daudzi citi dažādi ķīmiski savienojumi, kuriem iespējams pievienot dažādus piejaukumus, retzemju elementus, pārejas metālus vai citus ķīmiskos elemntus. Piejaukumus bieži vien dēvē arī par aktivatoriem. Aktivatorus matricās pievieno zemās koncentrācijas, dažus mol%. Palielinot piejaukumu koncentrāciju, var sākt notikt enerģijas pārnese star to joniem, kā rezultātā enerģija izkliedējas un samazinās luminiscences intensitāte. Luminiscentiem materiāliem ir daudz dažādu pielitojumu gan ikdienā, gan zinātnē. Ar luminiscences mehānisma palīdzību var pārveidot vienu starojuma veidu citā, piemēram, UV starojumu pārvērt IR starojumā vai redzamajā gaismā. Šads efekts tiek izmantots spuldzēs, displejos un mikroskopijā.[7]

Pielietojumi[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Katru luminiscences tipu var un pielietot.

  • LED jeb gaismu emitējošās diodes balstās uz elektroluminiscences; [8]
  • Fosforescences tiem izmantota gan dekoratīvajos dizaina elementos, gan aviācijas un navigācijas instrumentos;
  • Fosforescenci izmanto lampās un lāzeros;
  • Termoluminiscenci izmanto:
    • Termoluminiscences dozimetros; [9]
    • Termoluminiscences termometros;
    • Iežu vecuma noteikšanai.
  • Neinvazīvos dzīvnieku un augu pētījumos; [10]
  • Ķīmisko vielu analīze;
  • Jonizējoša starojuma reģistrācijai; [11]

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. «Современная высшая школа: инновационный аспект». International Institute of Design and Service.
  2. "An Introduction to Practical Chemistry, including Analysis". BMJ s1-12 (24): 663–663. 1848-11-29. doi:10.1136/bmj.s1-12.24.663. ISSN 0959-8138.
  3. Veidne:Liepiņa V., “Luminiscences mehānisma pētījumi SrAl2O4:Eu, Dy materiālā”, maģistra darbs, LU Fizikas un matemātikas fakultāte, Rīga: Latvijas Universitāte, 2014, 51 lpp.
  4. Veidne:C. Ronda, Luminescence From Theory to Aplications, Weinheim: Wiley-VCH, 2008, vol. 260, 978-3-527-31402-7.
  5. Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry. Weinheim, Germany : Wiley-VCH Verlag GmbH. 2007-12-29. 264–291. lpp. ISBN 978-3-527-61713-5.
  6. Thermoluminescence of Solids. Cambridge University Press. 1985-05-23. 64–126. lpp. ISBN 978-0-521-24520-3.
  7. Veidne:Y. Liu, B. Lei, “Persistent Luminescent Materials, in Phosphors, Up Conversion Nano Particles, Quantum Dots and Their Applications”, Singapore: Springer Singapore, 2016., vol. 214, 167214.
  8. Carbon nanotubes : advanced topics in the synthesis, structure, properties, and applications. Berlin : Springer. 2008. ISBN 978-3-540-72865-8. OCLC 233973272.
  9. Ginjaume, M. (2010-12-15). "Performance and approval procedures for active personal dosemeters". Radiation Protection Dosimetry 144 (1-4): 144–149. doi:10.1093/rpd/ncq457. ISSN 0144-8420.
  10. K. SIEGBAHN. Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy. Elsevier, 1968. 79–202. lpp. ISBN 978-0-7204-0083-0.
  11. Bhardwaj, D.M; Jain, D.C; Rao, K.V.R; Kumar, Ravi; Singh, Fouran; Gupta, R.P (2004-08). "Photoluminescence and atomic force microscopic studies on pre- and post-irradiated ruby with Ni6+ ion". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 222 (3-4): 533–537. doi:10.1016/j.nimb.2004.03.066. ISSN 0168-583X.