تابش الکترولومینسانس. فیزیک تزریق پیوند p-n

لومینسانس توسط یک میدان الکتریکی برانگیخته می شود

انیمیشن

شرح

الکترولومینسانس، درخشندگی است که توسط یک میدان الکتریکی تحریک می شود. در گازها و جامدات مشاهده می شود. با الکترولومینسانس، اتم‌ها (مولکول‌های) یک ماده در اثر وقوع نوعی تخلیه الکتریکی در آن به حالت برانگیخته می‌رسند. از بین انواع مختلف الکترولومینسانس در جامدات، الکترولومینسانس تزریقی و پیش از شکست مهم ترین هستند. الکترولومینسانس تزریقی مشخصه اتصال pn در برخی از نیمه هادی ها، مانند SiC یا GaP، در یک میدان الکتریکی ثابت است که در جهت جلو قرار دارد. حفره های اضافی به ناحیه n تزریق می شوند و الکترون ها به ناحیه p (یا هر دو به یک لایه نازک بین ناحیه p و n) تزریق می شوند. لومینسانس از ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها در لایه p-n به وجود می آید.

الکترولومینسانس قبل از شکست مشاهده می شود، به عنوان مثال، در پودر ZnS فعال شده توسط Cu، Al و غیره، که در یک دی الکتریک بین صفحات خازن قرار می گیرد، که یک ولتاژ متناوب فرکانس صوتی به آن اعمال می شود. در حداکثر ولتاژ روی صفحات خازن، فرآیندهای نزدیک به شکست الکتریکی در فسفر اتفاق می‌افتد: یک میدان الکتریکی قوی در لبه‌های ذرات فسفر متمرکز شده است که الکترون‌های آزاد را تسریع می‌کند. این الکترون ها می توانند اتم ها را یونیزه کنند. حفره های تشکیل شده توسط مراکز لومینسانس گرفته می شوند، که الکترون ها با تغییر جهت میدان دوباره ترکیب می شوند.

زمان سنجی

زمان شروع (ورود به -3 تا -1)؛

طول عمر (log tc از -1 تا 9)؛

زمان تخریب (log td -6 تا -3)؛

زمان توسعه بهینه (log tk 0 تا 6).

نمودار:

تحقق فنی اثر

انتخاب 1:

در واقع، این یک پروب پیچ گوشتی معمولی است که برای بررسی ولتاژ در پریز برق قرار می گیرد.

الکترولومینسانس در یک نشانگر گاز

برنج. یکی

نامگذاری ها:

3 - لوله فلورسنت با شکل دلخواه.

گزینه 2: پیاده سازی حالت جامد در یک نیمه هادی الکترولومینسانس p-n

واقعا - یک LED استاندارد که برای نشان دادن نور گنجاندن در لوازم خانگی الکترونیکی مدرن استفاده می شود.

اجرای حالت جامد در اتصال p-n الکترولومینسانس

برنج. 2

نامگذاری ها:

3 - انتقال p-n.

4 - شار تابش شب تاب.

U - ولتاژ متغیر EMF.

اعمال یک اثر

در مواد نیمه هادی و فسفرهای کریستالی مشاهده می شود که اتم ها (یا مولکول های) آنها تحت تأثیر جریان الکتریکی عبوری یا میدان الکتریکی اعمال شده به حالت برانگیخته می روند.

سازوکار

الکترولومینسانس نتیجه بازترکیب تابشی الکترون ها و حفره ها در یک نیمه هادی است. الکترون های برانگیخته انرژی خود را به شکل فوتون از دست می دهند. قبل از ترکیب مجدد، الکترون‌ها و حفره‌ها از هم جدا می‌شوند - یا با فعال کردن ماده برای ایجاد یک اتصال p-n (در روشن‌کننده‌های نیمه‌رسانای الکترولومینسانس مانند LED) - یا با تحریک الکترون‌های پرانرژی (الکترون‌ها توسط یک میدان الکتریکی قوی شتاب می‌گیرند) - در فسفرهای کریستالی پانل های الکترولومینسانس.

مواد الکترولومینسانس

به طور معمول، پانل های الکترولومینسانس به شکل لایه های نازک از مواد آلی یا معدنی تولید می شوند. در مورد استفاده از فسفرهای کریستالی، رنگ درخشش توسط یک ناخالصی - یک فعال کننده تعیین می شود. از نظر ساختاری، پانل الکترولومینسانس یک خازن تخت است. پانل های الکترولومینسانس به منبع ولتاژ کافی (60 - 600 ولت) نیاز دارند. برای این، به عنوان یک قاعده، یک مبدل ولتاژ با نور پس زمینه الکترولومینسانس در دستگاه تعبیه شده است.

نمونه هایی از مواد الکترولومینسانس فیلم نازک:

سولفید روی پودری فعال شده با مس یا نقره (درخشش آبی-سبز)؛
سولفید روی فعال شده با منگنز - درخشش زرد-نارنجی؛
نیمه هادی های III-V InP، GaAs، GaN (LED).

کاربرد

روشن‌کننده‌های الکترولومینسانس (پانل‌ها، سیم‌ها و غیره) به طور گسترده در الکترونیک مصرفی و مهندسی روشنایی، به‌ویژه برای روشن کردن نمایشگرهای کریستال مایع، نورپردازی مقیاس‌های ابزار و صفحه کلیدهای فیلم، تزئین ساختمان‌ها و مناظر و غیره استفاده می‌شوند.

نمایشگرهای گرافیکی الکترولومینسانس و ترکیب کاراکتر برای کاربردهای نظامی و صنعتی تولید می شوند. این نمایشگرها با کیفیت تصویر بالا و حساسیت نسبتا کم به شرایط دما مشخص می شوند.

نظری را در مورد مقاله "الکترولومینسانس" بنویسید

ادبیات

گرشون A.L.،.// فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس و افرون: در 86 جلد (82 جلد و 4 جلد اضافی). - سنت پترزبورگ. ، 1890-1907.

پیوندها

(لینک در دسترس نیست - داستان , کپی 🀄)



رشته ای

فلورسنت

تخلیه گاز

قوس الکتریکی

روی احتراق

نیمه هادی

دیگر

انواع لومینسانس

روشنایی دکور

گزیده ای از مشخصه الکترولومینسانس

- Eh bien, nous sommes tristes، [چی است، غمگینیم؟] - او در حالی که دست پیر را لمس کرد، گفت. - Vous aurai je fait de la peine؟ Non, vrai, avez vous quelque contre moi را انتخاب کرد، تکرار کرد. - رابطه بین یک موقعیت؟ [شاید من ناراحتت کردم؟ نه، واقعا، شما چیزی علیه من ندارید؟ شاید در مورد موقعیت؟]
پیر پاسخی نداد، اما با محبت به چشمان فرانسوی نگاه کرد. این ابراز مشارکت او را خوشحال کرد.
- Parole d "honneur, sans parler de ce que je vous dois, j" ai de l "amitie pour vous. Puis je faire quelque pour vous را انتخاب کرد؟ Disposez de moi. C" est a la vie et a la mort. C "est la main sur le c?ur que je vous le dis, [راستش را بخواهید، ناگفته نماند که چه چیزی مدیون شما هستم، من برای شما دوستی دارم. آیا کاری هست که بتوانم برای شما انجام دهم؟ مرا داشته باشید. این برای زندگی و مرگ است. این را با دست روی قلبم به شما می گویم.] با ضربه ای به سینه اش گفت.
پیر گفت: مرسی. کاپیتان با دقت به پیر نگاه کرد، درست همانطور که وقتی فهمید چگونه پناهگاه به آلمانی نامیده می شود، نگاه کرد و ناگهان چهره اش روشن شد.
- آه! dans ce cas je bois a notre amitie! [آه، در آن صورت، من به دوستی شما می نوشم!] - او با خوشحالی فریاد زد و دو لیوان شراب ریخت. پیر لیوان ریخته شده را گرفت و نوشید. رامبال نوشید، دوباره با پیر دست داد و آرنج هایش را در حالتی متفکرانه به میز تکیه داد.
او شروع کرد: "Oui, mon cher ami, voila les caprices de la fortune." - Qui m "aurait dit que je serai soldat et capitaine de dragons au service de Bonaparte, comme nous l" appellions jadis. Et cependant me voila a Moscou avec lui. Il faut vous dire, mon cher، "او با صدای سنجیده غمگین مردی که قرار است داستانی طولانی تعریف کند، ادامه داد" que notre nom est l "un des plus anciens de la France." چه کسی گفته که ای کاش در خدمت بناپارت بودم و در خدمت بناپارت ناخدای اژدها بودم، اما من اینجا با او در مسکو هستم، باید به شما بگویم عزیزم. .. که نام ما یکی از قدیمی ترین نام های فرانسه است.]
و با صراحت ساده و ساده لوحانه یک فرانسوی، کاپیتان داستان اجدادش، کودکی، نوجوانی و مردانگی او، تمام دارایی های مربوط به او، روابط خانوادگی را به پیر گفت. «ما پاور فقط [«مادر بیچاره من»] البته نقش مهمی در این داستان داشت.
- Mais tout ca ce n "est que la mise en scene de la vie, le fond c" est l "amour? L" amour! او در حالی که روشن می شد گفت: "Encore un verre. [اما همه اینها فقط مقدمه ای برای زندگی است، جوهر آن عشق است. عشق! اینطور نیست، موسیو پیر؟" شیشه.]
پیر دوباره نوشید و یک سوم خود را ریخت.
- اوه! Les femmes، les femmes! [اوه! زنان، زنان!] - و کاپیتان که با چشمان چرب به پیر نگاه می کرد، شروع به صحبت در مورد عشق و امور عشقی او کرد. تعدادشان زیاد بود که باورش آسان بود، با نگاه کردن به چهره خود راضی و زیبای افسر و به انیمیشن پرشوری که با آن درباره زنان صحبت می کرد. علیرغم اینکه تمام داستان های عاشقانه رامبال دارای آن شخصیت زننده بود که فرانسوی ها در آن جذابیت و شعر استثنایی عشق را می بینند، کاپیتان داستان های خود را با چنان اعتقاد صمیمانه ای تعریف می کرد که تنها او تمام جذابیت های عشق را تجربه کرده و می دانست و شرح داد. زنان آنقدر وسوسه انگیز که پیر با کنجکاوی گوش می داد.

وزارت آموزش عالی اوکراین

دانشگاه فنی ملی اوکراین

"موسسه پلی تکنیک کیف"

چکیده در مورد موضوع:

لومینسانس

الکترولومینسانس

تکمیل شده توسط: دانشجوی سال دوم

PSF PM-91 Milokosty A. A.

بررسی شده توسط: Nikitin A.K.

طرح:

1. مقدمه_________________________________3

2. طبقه بندی پدیده های لومینسانس _______4

3. انواع لومینسانس ______________________________5

4. مشخصات فیزیکی لومینسانس___7

5. سینتیک لومینسانس _____________________7

6. مواد درخشان __________________ 9

7. روش تحقیق _________________________________________________11

8. فسفرها________________________________11

9. فهرست ادبیات استفاده شده __________14

مقدمه

لومینسانس - تشعشع، که بیش از تابش حرارتی بدن در یک دمای معین است و مدت زمان آن به طور قابل توجهی بیش از دوره امواج نور است. بخش اول این تعریف توسط E. Wiedoman ارائه شد و لومینسانس را از تابش حرارتی تعادل جدا می کند. بخش دوم - نشانه ای از مدت زمان - توسط S. I. Vavilov معرفی شد تا درخشندگی را از سایر پدیده های درخشندگی ثانویه - بازتاب و پراکندگی نور، و همچنین از انتشار تحریک شده، bremsstrahlung ذرات باردار جدا کند.

بنابراین، برای وقوع لومینسانس، منبعی از انرژی مورد نیاز است، متفاوت از انرژی درونی تعادلی یک جسم معین، متناسب با دمای آن. برای حفظ لومینسانس ثابت، این منبع باید خارجی باشد. لومینسانس غیر ثابت می تواند در طول انتقال بدن به حالت تعادل پس از تحریک اولیه (واپاشی لومینسانس) رخ دهد. همانطور که از خود تعریف برمی‌آید، مفهوم لومینسانس به اتم‌ها یا مولکول‌های تابش‌کننده منفرد نیست، بلکه به توده‌های آنها - اجسام نیز اشاره دارد. اعمال اولیه تحریک مولکول ها و انتشار نور می تواند در مورد تابش حرارتی و لومینسانس یکسان باشد. تفاوت فقط در تعداد نسبی انتقال انرژی خاص است. همچنین از تعریف لومینسانس برمی‌آید که این مفهوم فقط برای اجسامی که دمای خاصی دارند قابل استفاده است. در مورد انحراف شدید از تعادل حرارتی، صحبت از تعادل حرارتی یا لومینسانس منطقی نیست.

علامت مدت زمان اهمیت عملی زیادی دارد و تشخیص لومینسانس را از سایر فرآیندهای غیر تعادلی ممکن می سازد. به طور خاص، او نقش مهمی در تاریخ کشف پدیده واویلوف-چرنکوف ایفا کرد و این امکان را فراهم کرد که ثابت شود درخشش مشاهده شده را نمی توان به لومینسانس نسبت داد. سوال اثبات نظری معیار واویلف توسط B.I. استپانوف و B. A. Afanasevich. به گفته آنها، برای طبقه بندی لومینسانس ثانویه، وجود یا عدم وجود فرآیندهای میانی بین جذب انرژی که لومینسانس را تحریک می کند و انتشار لومینسانس ثانویه (به عنوان مثال، انتقال بین سطوح الکترونیکی، تغییر در انرژی ارتعاشی و غیره) است. واجد اهمیت زیاد. چنین فرآیندهای میانی مشخصه لومینسانس هستند (به ویژه، آنها در طول تحریک غیر نوری لومینسانس رخ می دهند).

طبقه بندی پدیده های لومینسانس

با توجه به نوع تحریک عبارتند از: یونولومینسانس، کاندولومینسانس، کاتدولومینسانس، رادیلومینسانس، لومینسانس اشعه ایکس، الکترولومینسانس، فوتولومینسانس، نورتابی شیمیایی، تریبولومینسانس. با توجه به مدت زمان لومینسانس، فلورسانس (درخشش کوتاه) و فسفرسانس (درخشش طولانی) متمایز می شوند. اکنون این مفاهیم فقط یک معنای مشروط و کیفی را حفظ کرده اند، زیرا تعیین مرز بین آنها غیرممکن است. گاهی اوقات فلورسانس به عنوان لومینسانس خود به خود و فسفرسانس به عنوان لومینسانس تحریک شده درک می شود (به زیر مراجعه کنید).

منطقی‌ترین طبقه‌بندی پدیده‌های لومینسانس، بر اساس ویژگی‌های مکانیسم فرآیندهای ابتدایی، برای اولین بار توسط واویلوف ارائه شد که بین فرآیندهای لومینسانس خود به خود، اجباری و نوترکیبی تمایز قائل شد. پس از آن، لومینسانس مقاومتی نیز جدا شد.

انواع لومینسانس

1) لومینسانس تشدید کننده(که معمولاً فلورسانس تشدید نامیده می شود ) در بخارات اتمی (جیوه، سدیم و غیره) در برخی مولکول های ساده و گاهی اوقات در سیستم های پیچیده تر مشاهده می شود. انتشار خود به خود است و از همان سطح انرژی که با جذب انرژی نور هیجان انگیز به دست می آید، رخ می دهد. با افزایش چگالی بخار، لومینسانس تشدید به پراکندگی تشدید تبدیل می شود.

در تمام موارد این نوع لومینسانس نباید مربوط به لومینسانس باشد و باید آن را پراکندگی رزونانسی نامید.

2) لومینسانس خود به خودشامل یک انتقال (تابشی یا معمولاً غیر تابشی) به سطح انرژی است که تابش از آن رخ می دهد. این نوع لومینسانس برای مولکول های پیچیده در بخارات و محلول ها و برای مراکز ناخالصی در جامدات معمولی است. یک مورد خاص با لومینسانس به دلیل انتقال از حالت های اکسایتون نشان داده می شود.

3) فراپایداریا لومینسانس را تحریک کردبه عنوان مثال، انتقال به سطح فراپایدار که پس از جذب انرژی رخ می دهد و انتقال متعاقب آن به سطح تابش در نتیجه ارتباط انرژی ارتعاشی (به دلیل انرژی داخلی بدن) یا یک کوانتوم اضافی نور، مشخص می شود. ، فرو سرخ. نمونه ای از این نوع لومینسانس، فسفرسانس مواد آلی است که در آن سطح سه گانه پایینی مولکول های آلی غیر پایدار است. در همان زمان، در بسیاری از موارد، دو باند از مدت زمان لومینسانس مشاهده می شود: طول موج بلند، مربوط به انتقال خود به خودی T-S 0 و سپس (فلورسانس آهسته یا باند β)، و طول موج کوتاه، همزمان در طیف با فلورسانس و مربوط به انتقال اجباری T-S 1 و سپس انتقال خود به خودی s 1 -s 0 (فسفرسانس یا باند α).

4) لومینسانس نوترکیبیدر نتیجه اتحاد مجدد ذرات جدا شده توسط جذب انرژی هیجان انگیز رخ می دهد. در گازها، نوترکیبی رادیکال‌ها یا یون‌ها می‌تواند رخ دهد و در نتیجه یک مولکول در حالت برانگیخته قرار گیرد. انتقال بعدی به حالت پایه ممکن است با لومینسانس همراه باشد. در اجسام کریستالی جامد، لومینسانس نوترکیبی در نتیجه ظاهر شدن حامل‌های بار غیرتعادلی (الکترون‌ها یا حفره‌ها) تحت تأثیر برخی منابع انرژی به وجود می‌آید. بین لومینسانس نوترکیبی در حین انتقال "منطقه-منطقه" و لومینسانس مراکز معیوب یا ناخالصی (به اصطلاح. مراکز لومینسانس). در همه موارد، فرآیند لومینسانس ممکن است شامل گرفتن حامل‌ها در تله‌ها و رهاسازی بعدی آن‌ها توسط ابزارهای حرارتی یا نوری باشد، یعنی شامل یک فرآیند ابتدایی مشخصه لومینسانس ناپایدار باشد. در مورد مراکز لومینسانس، نوترکیب شامل گرفتن حفره ها به سطح زمین مرکز و الکترون ها به سطح برانگیخته است. تابش در نتیجه انتقال مرکز از حالت برانگیخته به حالت پایه رخ می دهد. لومینسانس نوترکیبی در فسفرهای کریستالی و نیمه هادی های معمولی مانند ژرمانیوم و سیلیکون مشاهده می شود. صرف نظر از مکانیسم فرآیند ابتدایی منجر به لومینسانس، تابش، در مورد نهایی، در طول انتقال خود به خود از یک حالت انرژی به حالت دیگر رخ می دهد. اگر این انتقال مجاز باشد، تابش دوقطبی رخ می دهد. در مورد انتقال های ممنوعه، تابش می تواند به دو قطبی الکتریکی و مغناطیسی، چهار قطبی الکتریکی و غیره مربوط باشد.

ویژگی های فیزیکی لومینسانس

مانند هر تابش، لومینسانس با یک طیف (چگالی طیفی شار تابشی) و حالت قطبش مشخص می شود. مطالعه طیف های لومینسانس و عوامل موثر بر آنها بخشی از طیف سنجی است.

در کنار این ویژگی های کلی، ویژگی های خاصی برای لومینسانس وجود دارد. شدت لومینسانس به خودی خود به ندرت مورد توجه است. در عوض، مقدار نسبت انرژی تابش شده به انرژی جذب شده معرفی می شود که نامیده می شود خروجی لومینسانس. در بیشتر موارد، خروجی در شرایط ثابت به عنوان نسبت توان تابشی و جذبی تعریف می شود. در مورد فوتولومینسانس، مفهوم تسلیم کوانتومی معرفی می شود و طیف تسلیم در نظر گرفته می شود، یعنی. وابستگی خروجی به فرکانس نور هیجان انگیز؛ و طیف پلاریزاسیون، وابستگی درجه قطبش به فرکانس نور هیجان انگیز. علاوه بر این، قطبش لومینسانس با نمودارهای پلاریزاسیون مشخص می شود که شکل آن مربوط به جهت گیری و ماهیت چند قطبی سیستم های گسیل و جذب اولیه است.

سینتیک لومینسانسبه ویژه شکل منحنی افزایش پس از روشن شدن تحریک و منحنی فروپاشی لومینسانس پس از خاموش شدن آن و وابستگی سینتیک به عوامل مختلف: دما، شدت منبع تحریک کننده و غیره مهم است. ویژگی های لومینسانس سینتیک لومینسانس تا حد زیادی به نوع فرآیند ابتدایی بستگی دارد، اگرچه به طور منحصر به فرد توسط آن تعیین نمی شود. میرایی لومینسانس خود به خودی با تسلیم کوانتومی نزدیک به وحدت همیشه طبق قانون نمایی اتفاق می افتد: I(t)=I 0 exp(-l/τ)، که در آن τ میانگین طول عمر حالت برانگیخته را مشخص می کند، یعنی برابر است. به متقابل احتمال یک انتقال خود به خود در واحد زمان. با این حال، اگر بازده کوانتومی لومینسانس کمتر از واحد باشد، به عنوان مثال، لومینسانس تا حدی خاموش شود، قانون فروپاشی نمایی تنها در ساده‌ترین حالت، زمانی که احتمال خاموشی Q ثابت باشد، حفظ می‌شود. در این مورد τ=1/(A+Q)، و بازده کوانتومی η=A/(A+Q)، که در آن Q احتمال یک انتقال غیر تشعشعی است. با این حال، Q اغلب به زمان سپری شده از لحظه تحریک یک مولکول معین بستگی دارد و سپس قانون فروپاشی لومینسانس پیچیده تر می شود. سینتیک لومینسانس تحریک شده در مورد یک سطح ناپایدار با مجموع دو نمایی تعیین می شود.

لومینسانس انتشار نور توسط مواد خاصی در حالت نسبتا سرد است. با تابش اجسام رشته ای، به عنوان مثال، یا زغال سنگ، آهن مذاب و سیم گرم شده توسط جریان الکتریکی متفاوت است. انتشار لومینسانس مشاهده می شود:

در لامپ های نئون و فلورسنت، تلویزیون ها، رادارها و صفحه های فلوروسکوپ؛
در مواد آلی مانند لومینول یا لوسیفرین در کرم شب تاب.
در برخی از رنگدانه های مورد استفاده در تبلیغات در فضای باز؛
با رعد و برق و شفق شمالی.

در همه این پدیده ها، انتشار نور در نتیجه حرارت دادن مواد بالاتر از دمای اتاق نیست، به همین دلیل به آن نور سرد می گویند. ارزش عملی مواد شب تاب در توانایی آنها برای تبدیل اشکال نامرئی انرژی به انرژی نهفته است

منابع و فرآیند

پدیده لومینسانس در نتیجه جذب انرژی توسط یک ماده، به عنوان مثال، از منبع تابش اشعه ماوراء بنفش یا اشعه ایکس، پرتوهای الکترونی، واکنش های شیمیایی و غیره رخ می دهد. این امر اتم های ماده را به حالت برانگیخته می آورد. . از آنجایی که ناپایدار است، ماده به حالت اولیه خود باز می گردد و انرژی جذب شده به صورت نور و/یا گرما آزاد می شود. فقط الکترون های بیرونی در این فرآیند دخیل هستند. بازده لومینسانس به درجه تبدیل انرژی تحریک به نور بستگی دارد. تعداد مواد با کارایی کافی برای استفاده عملی نسبتا کم است.

درخشندگی و تابش

برانگیختگی لومینسانس با تحریک اتم ها ارتباطی ندارد. هنگامی که مواد داغ در نتیجه تابش شروع به درخشش می کنند، اتم های آنها در حالت برانگیخته هستند. اگرچه آنها از قبل در دمای اتاق ارتعاش می کنند، اما این کافی است تا تابش در ناحیه مادون قرمز دور طیف رخ دهد. با افزایش دما، فرکانس تابش الکترومغناطیسی به ناحیه مرئی تغییر می کند. از سوی دیگر، در دماهای بسیار بالا، مانند آنچه در لوله های شوک ایجاد می شود، برخورد اتم ها می تواند چنان شدید باشد که الکترون ها از آنها جدا شده و دوباره ترکیب شوند و نور ساطع کنند. در این حالت، درخشندگی و تابش غیر قابل تشخیص می شوند.

رنگدانه ها و رنگ های درخشان

رنگدانه ها و رنگ های معمولی دارای رنگ هستند، زیرا آنها بخشی از طیف را منعکس می کنند که مکمل طیف جذب شده است. بخش کوچکی از انرژی به گرما تبدیل می شود، اما تشعشع قابل توجهی رخ نمی دهد. با این حال، اگر رنگدانه شب تاب نور روز را در قسمت خاصی از طیف جذب کند، می تواند فوتون هایی را ساطع کند که با فوتون های منعکس شده متفاوت است. این در نتیجه فرآیندهایی در مولکول رنگ یا رنگدانه رخ می دهد که توسط آن نور ماوراء بنفش می تواند به نور مرئی مانند نور آبی تبدیل شود. چنین تکنیک های لومینسانس در تبلیغات در فضای باز و در شوینده های لباسشویی استفاده می شود. در مورد دوم، "شفاف کننده" در پارچه باقی می ماند نه تنها برای انعکاس سفید، بلکه برای تبدیل اشعه ماوراء بنفش به آبی، که زردی را جبران می کند و سفیدی را افزایش می دهد.

تحقیقات اولیه

اگرچه رعد و برق، نورهای شمالی و درخشش کم نور شب تاب ها و قارچ ها همیشه برای بشر شناخته شده است، اولین مطالعات در مورد لومینسانس با مواد مصنوعی آغاز شد، زمانی که وینچنزو کاسکاریولو، کیمیاگر و کفاش اهل بولونیا (ایتالیا) در سال 1603 مخلوطی از نور را گرم کرد. سولفات باریم (به شکل باریت، اسپار سنگین) با زغال سنگ. پودری که پس از سرد شدن به‌دست می‌آید در شب درخشش مایل به آبی ساطع می‌کند و کاسکاریولو متوجه شد که می‌توان با قرار دادن پودر در معرض نور خورشید این درخشش را بازیابی کرد. این ماده لاجورد سولاریس یا سنگ خورشید نامیده شد، زیرا کیمیاگران امیدوار بودند که بتواند فلزات را به طلا تبدیل کند که نماد خورشید است. درخشش پس از آن علاقه بسیاری از دانشمندان آن دوره را برانگیخت که نامهای دیگری از جمله "فسفر" به این ماده دادند که به معنای "حامل نور" است.

امروزه از نام "فسفر" فقط برای عنصر شیمیایی استفاده می شود، در حالی که مواد شب تاب ریز کریستالی را فسفر می نامند. به نظر می رسد "فسفر" کاسکاریولو سولفید باریم بوده است. اولین فسفر تجاری موجود (1870) "رنگ Balmain" - محلولی از سولفید کلسیم بود. در سال 1866، اولین فسفر سولفید روی پایدار توصیف شد - یکی از مهمترین آنها در فناوری مدرن.

یکی از اولین مطالعات علمی در مورد لومینسانس که در پوسیدگی چوب یا گوشت و در کرم شب تاب آشکار می شود، در سال 1672 توسط دانشمند انگلیسی رابرت بویل انجام شد، که اگرچه از منشاء بیوشیمیایی این نور آگاه نبود، با این وجود ثابت کرد. برخی از ویژگی های اصلی سیستم های بیولومنسنت:

درخشش سرد؛
می توان آن را توسط عوامل شیمیایی مانند الکل، اسید هیدروکلریک و آمونیاک سرکوب کرد.
تشعشع نیاز به دسترسی به هوا دارد.

در سال‌های 1885-1887، مشاهده شد که عصاره‌های خام به‌دست‌آمده از کرم شب‌تاب‌های هند غربی (آجیل‌شکن‌های آتشی) و صدف‌های فولاد هنگام مخلوط شدن، نور تولید می‌کنند.

اولین مواد شیمیایی موثر ترکیبات مصنوعی غیر بیولوژیکی مانند لومینول بودند که در سال 1928 کشف شدند.

شیمی و بیولومینسانس

بیشتر انرژی آزاد شده در واکنش های شیمیایی، به ویژه واکنش های اکسیداسیون، به صورت گرما است. با این حال، در برخی واکنش‌ها، مقداری از آن برای برانگیختن الکترون‌ها به سطوح بالاتر و در مولکول‌های فلورسنت به نورتابی شیمیایی (CL) استفاده می‌شود. مطالعات نشان می دهد که CL یک پدیده جهانی است، اگرچه شدت لومینسانس گاهی آنقدر کم است که استفاده از آشکارسازهای حساس مورد نیاز است. با این حال، برخی از ترکیبات وجود دارد که CL روشن را نشان می دهد. شناخته شده ترین آنها لومینول است که وقتی با پراکسید هیدروژن اکسید می شود، می تواند نور آبی یا سبز آبی قوی ایجاد کند. سایر مواد قوی CL لوسیژنین و لوفین هستند. علیرغم روشنایی CLهای آنها، همه آنها در تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی نور مؤثر نیستند، زیرا کمتر از 1٪ از مولکولها نور ساطع می کنند. در دهه 1960، استرهای اسید اگزالیک اکسید شده در حلال های بی آب در حضور ترکیبات معطر بسیار فلورسنت، نور درخشانی را با بازده تا 23 درصد ساطع کردند.

بیولومینسانس نوع خاصی از CL است که توسط آنزیم ها کاتالیز می شود. بازده لومینسانس چنین واکنش هایی می تواند به 100٪ برسد، به این معنی که هر مولکول لوسیفرین واکنش دهنده به حالت تابشی می رود. تمام واکنش‌های بیولومنسانس که امروزه شناخته شده‌اند توسط واکنش‌های اکسیداسیونی که در حضور هوا رخ می‌دهند کاتالیز می‌شوند.

لومینسانس با تحریک حرارتی

ترمولومینسانس به معنای تابش حرارتی نیست، بلکه افزایش تابش نور موادی است که الکترون های آنها توسط گرما برانگیخته می شود. لومینسانس تحریک شده حرارتی در برخی از مواد معدنی و بالاتر از همه در فسفرهای کریستالی پس از برانگیختن آنها توسط نور مشاهده می شود.

فوتولومینسانس

فوتولومینسانس که تحت تأثیر تابش الکترومغناطیسی بر روی یک ماده رخ می دهد، می تواند در محدوده ای از نور مرئی از طریق اشعه ماوراء بنفش تا اشعه ایکس و پرتوهای گاما تولید شود. در لومینسانس ناشی از فوتون، طول موج نور ساطع شده معمولاً مساوی یا بزرگتر از طول موج نور هیجان انگیز است (یعنی مساوی یا کمتر از انرژی). این تفاوت در طول موج به دلیل تبدیل انرژی ورودی به ارتعاشات اتم ها یا یون ها است. گاهی اوقات، هنگامی که به شدت در معرض پرتو لیزر قرار می گیرد، نور ساطع شده ممکن است طول موج کوتاه تری داشته باشد.

این واقعیت که PL می تواند توسط پرتوهای فرابنفش برانگیخته شود توسط فیزیکدان آلمانی یوهان ریتر در سال 1801 کشف شد. او متوجه شد که فسفرها در ناحیه نامرئی فراتر از قسمت بنفش طیف درخشان می درخشند و بنابراین تابش UV را کشف کرد. تبدیل UV به نور مرئی از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

در فشار بالا فرکانس افزایش می یابد. طیف‌ها دیگر از یک خط طیفی 254 نانومتری تشکیل نمی‌شوند، اما انرژی انتشار بر روی خطوط طیفی مربوط به سطوح مختلف الکترونیکی توزیع می‌شود: 303، 313، 334، 366، 405، 436، 546 و 578 نانومتر. از لامپ های جیوه ای پرفشار برای روشنایی استفاده می شود، زیرا 405-546 نانومتر مربوط به نور سبز مایل به آبی مرئی است و وقتی بخشی از تابش با استفاده از فسفر به نور قرمز تبدیل می شود، نتیجه سفید است.

هنگامی که مولکول های گاز برانگیخته می شوند، طیف لومینسانس آنها نوارهای وسیعی را نشان می دهد. نه تنها الکترون ها به سطوح انرژی بالاتر می روند، بلکه حرکات ارتعاشی و چرخشی اتم ها به عنوان یک کل به طور همزمان برانگیخته می شوند. این به این دلیل است که انرژی‌های ارتعاشی و چرخشی مولکول‌ها 10-2 و 10-4 انرژی‌های انتقالی است که مجموعاً طول موج‌های کمی متفاوتی را تشکیل می‌دهند که یک باند را تشکیل می‌دهند. در مولکول‌های بزرگ‌تر، چندین باند همپوشانی وجود دارد، یکی برای هر نوع انتقال. تابش مولکول‌ها در محلول عمدتاً نوار مانند است که در اثر برهمکنش تعداد نسبتاً زیادی از مولکول‌های برانگیخته با مولکول‌های حلال ایجاد می‌شود. در مولکول ها، مانند اتم ها، الکترون های بیرونی اوربیتال های مولکولی در لومینسانس شرکت می کنند.

فلورسانس و فسفرسانس

این اصطلاحات را می توان نه تنها بر اساس مدت زمان درخشش، بلکه بر اساس روش تولید آن نیز متمایز کرد. هنگامی که یک الکترون به حالت منفرد با زمان اقامت 8-10 ثانیه برانگیخته می شود، که از آن به راحتی می تواند به حالت پایه برگردد، ماده انرژی خود را به شکل فلورسانس تابش می کند. در طول انتقال، چرخش تغییر نمی کند. حالت های زمینی و برانگیخته دارای چندگانگی مشابه هستند.

با این حال، یک الکترون می‌تواند با معکوس کردن اسپین خود به سطح انرژی بالاتری (به نام «حالت سه‌گانه برانگیخته») برسد. در مکانیک کوانتومی، انتقال از حالت‌های سه‌گانه به حالت منفرد ممنوع است و در نتیجه، طول عمر آنها بسیار بیشتر است. بنابراین، لومینسانس در این مورد دوره بسیار طولانی تری دارد: فسفرسانس مشاهده می شود.

الکترولومینسانس انتشار نور تحت تأثیر میدان الکتریکی یا جریان جاری است. هنگامی که یک میدان الکتریکی به یک نیمه هادی (به نام فسفر) اعمال می شود، یونیزاسیون ضربه ای اتم ها توسط الکترون ها به دلیل میدان الکتریکی و همچنین انتشار الکترون ها از مرکز جذب اتفاق می افتد. در نتیجه، غلظت حامل های آزاد از حد تعادل فراتر می رود و نیمه هادی در حالت برانگیخته قرار می گیرد، یعنی. در حالتی که انرژی درونی آن از تعادل در دمای معین بیشتر شود.

دستگاه ساطع کننده الکترولومینسانس (خازن): یک لایه نازک (تا 20 میکرون) از یک نیمه هادی (سولفید روی) روی یک پایه فلزی قرار می گیرد، یک لایه نازک از فلز شفاف به نور مرئی در بالای آن اعمال می شود. هنگامی که یک منبع (ثابت یا متغیر) به لایه های فلزی متصل می شود، درخشش آبی مایل به سبز ظاهر می شود که روشنایی آن متناسب با مقدار U منبع است. اگر سلنید روی در ترکیب فسفر گنجانده شود، می توان درخشش سفید، زرد یا نارنجی را به دست آورد.

ایرادات:

کارآیی پایین؛

پارامتر ناپایدار؛

روشنایی کم درخشش؛

منبع کوچک

الکترولومینسانس نیز در دیودهای نیمه هادی، زمانی که جریان از دیود عبور می کند، با اتصال مستقیم مشاهده می شود. در این حالت، الکترون ها از ناحیه n به ناحیه p می گذرند و با حفره هایی در آنجا ترکیب می شوند. بسته به شکاف باند، فوتون‌ها دارای فرکانس‌هایی در بخش مرئی یا نامرئی طیف نور از سیلیکون هستند که نور مادون قرمز نامرئی ساطع می‌کنند.

برای LED ها از موادی با فاصله باند از 1.6 eV تا 3.1 eV (اینها رنگ های قرمز و بنفش هستند) استفاده می شود و بنابراین به طور گسترده برای ایجاد نشانگرهای دیجیتال، اپتوکوپلرها و لیزرها استفاده می شود.

مزیت - فایده - سود - منفعت:

قابلیت ساخت؛

عملکرد بالا؛

عمر طولانی مدت؛

قابلیت اطمینان؛

میکرو مینیاتور;

تک رنگی بالای تابش.

با طراحی، LED ها متمایز می شوند: تزریق، لیزرهای نیمه هادی، سوپرلومینسانس (که مقادیر متوسط را اشغال می کند و در خطوط فیبر نوری استفاده می شود)، با رنگ درخشش کنترل شده.

ZSI- نشانگرهای سنتز علامت - که در آن تصویر با استفاده از موزاییک روی مبدل های "سیگنال به نور الکتریکی" کنترل شده مستقل به دست می آید.

ZSI از درخششی استفاده می کند که در فسفرهایی که در یک میدان الکتریکی قوی قرار می گیرند، رخ می دهد. از نظر ساختاری گروهی از خازن ها هستند که در آن یکی از صفحات شفاف و دیگری شفاف نیست.

هنگامی که منبع به صفحات متصل می شود، فسفر شروع به درخشش می کند.

اگر یک الکترود شفاف از یک شکل یا شکل دیگر ساخته شده باشد، منطقه درخشش شکل را تکرار می کند. رنگ بخش به ترکیب فسفر بستگی دارد. در نمایشگرها استفاده می شود.

روشنایی درخشندگی به مقدار U و فرکانس بستگی دارد: U=160-250V، f=300-4000Hz.

مصرف برق صدم وات، روشنایی 20-65cd/m2.

کاتدولومینسانسهنگامی که گاز از فلاسک خارج می شود (در فشار ≈ 1.3 Pa)، درخشش گاز ضعیف می شود و دیواره های فلاسک شروع به درخشش می کنند. چرا؟ الکترون‌هایی که توسط یون‌های مثبت از کاتد خارج می‌شوند در چنین تخلیه‌ای به ندرت با مولکول‌های گاز برخورد می‌کنند و بنابراین، با شتاب میدان، برخورد با شیشه باعث درخشش آن می‌شود، به اصطلاح کاتدولومینسانس، و جریان الکترون‌ها را پرتوهای کاتدی می‌نامند.

لومینسانس خلاء ولتاژ پایین.با توجه به مکانیسم اثر، تفاوتی با ولتاژ بالا ندارد و ماهیت مشاوره ای دارد.

ذات - فسفر با الکترون بمباران می شود که فسفر را تحریک می کند و منجر به نقض تعادل ترمودینامیکی می شود. الکترون ها ظاهر می شوند که انرژی آنها بیشتر از انرژی نوار رسانایی است و سوراخ هایی که انرژی کمتری از سقف نوار ظرفیت دارند. به دلیل ناپایداری حالت عدم تعادل، فرآیند نوترکیب با گسیل فوتون ها توسط کاتدها آغاز می شود که با گسیل همراه است.

اگر نوترکیبی از طریق یک تله انجام شود، پس از مدتی حامل ها می توانند به مکان های خود بازگردند، که باعث افزایش درخشش پسین می شود.

لومینسانس ولتاژ پایین با موارد زیر مشخص می شود:

نوع فسفر؛

عمق نفوذ در کریستال الکترون های بمباران.

ولتاژ کم ولتاژ استفاده می شود (واحد - ده ها ولت).

مورد استفاده در خلاء ZSI;

ولتاژ گرمایش = 5 ولت؛

U a \u003d (20-70) B;

قطعه جریان آند (1-3) میلی آمپر.

مزایای خلاء ZSI:

روشنایی بالای درخشش؛

چند رنگ؛

حداقل مصرف انرژی؛

سرعت عالی

معایب: داشتن سه منبع تغذیه ضروری است، شکنندگی طرح.

سوالات امنیتی مبحث 2:

1 مفهوم قطبی شدن.

2 انواع پلاریزاسیون

3 چه چیزی هدایت الکتریکی دی الکتریک را تعیین می کند؟

4 انواع خرابی الکتریکی را مشخص کنید.

5 ویژگی های فروالکتریک را نشان دهید.

6 اثر پیزو و کاربرد آن.

7 انواع تخلیه گاز و ویژگی های آنها را ذکر کنید.

8 ویژگی های الکترولومینسانس و کاتدولومینسانس.