Electroluminescence radiation. Physics ng p-n junction injection

Luminescence na nasasabik ng isang electric field

Animasyon

Paglalarawan

Ang electroluminescence ay luminescence na nasasabik ng isang electric field. Ito ay sinusunod sa mga gas at solids. Sa electroluminescence, ang mga atomo (mga molekula) ng isang sangkap ay pumasa sa isang nasasabik na estado bilang resulta ng paglitaw ng ilang anyo ng paglabas ng kuryente sa loob nito. Sa iba't ibang uri ng electroluminescence sa solids, ang iniksyon at pre-breakdown electroluminescence ang pinakamahalaga. Ang iniksyon na electroluminescence ay katangian ng pn junction sa ilang semiconductors, tulad ng SiC o GaP, sa isang pare-parehong electric field na kasama sa pasulong na direksyon. Ang labis na mga butas ay ini-inject sa n-rehiyon, at ang mga electron ay ini-inject sa p-rehiyon (o pareho sa manipis na layer sa pagitan ng p- at n-rehiyon). Ang luminescence ay nagmumula sa recombination ng mga electron at mga butas sa p-n layer.

Ang pre-breakdown electroluminescence ay sinusunod, halimbawa, sa pulbos na ZnS na isinaaktibo ng Cu, Al, atbp., na inilagay sa isang dielectric sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor, kung saan inilalapat ang isang alternating boltahe ng dalas ng audio. Sa pinakamataas na boltahe sa mga capacitor plate, ang mga proseso na malapit sa electrical breakdown ay nangyayari sa pospor: isang malakas na electric field ay puro sa mga gilid ng mga particle ng phosphor, na nagpapabilis ng mga libreng electron. Ang mga electron na ito ay maaaring mag-ionize ng mga atomo; ang mga butas na nabuo ay nakuha ng mga luminescence center, kung saan ang mga electron ay muling pinagsama kapag ang direksyon ng field ay nagbabago.

Timing

Oras ng pagsisimula (mag-log sa -3 hanggang -1);

Habambuhay (mag-log tc mula -1 hanggang 9);

Oras ng pagkasira (log td -6 hanggang -3);

Pinakamainam na oras ng pag-unlad (log tk 0 hanggang 6).

Diagram:

Teknikal na pagsasakatuparan ng epekto

Opsyon 1:

Sa katotohanan, ito ay isang ordinaryong mains screwdriver-probe na ipinasok sa mains socket upang suriin ang boltahe.

Electroluminescence sa isang tagapagpahiwatig ng gas

kanin. isa

Mga pagtatalaga:

3 - fluorescent tube ng di-makatwirang hugis;

Opsyon 2: Solid State Implementation sa isang p-n Electroluminescence Semiconductor

Talagang - isang karaniwang LED na ginagamit para sa liwanag na indikasyon ng pagsasama sa mga modernong elektronikong kagamitan sa sambahayan.

Solid-state na pagpapatupad sa p-n junction ng electroluminescence

kanin. 2

Mga pagtatalaga:

3 - paglipat ng p-n;

4 - pagkilos ng bagay ng luminescent radiation;

U - variable na boltahe ng EMF.

Paglalapat ng epekto

Ito ay sinusunod sa mga sangkap na semiconductor at mga kristal na pospor, ang mga atomo (o mga molekula) na pumasa sa isang nasasabik na estado sa ilalim ng impluwensya ng isang dumaan na electric current o isang inilapat na electric field.

Mekanismo

Ang electroluminescence ay ang resulta ng radiative recombination ng mga electron at butas sa isang semiconductor. Ang mga nasasabik na electron ay nagbibigay ng kanilang enerhiya sa anyo ng mga photon. Bago ang recombination, ang mga electron at mga butas ay pinaghihiwalay - alinman sa pamamagitan ng pag-activate ng materyal upang bumuo ng isang p-n junction (sa semiconductor electroluminescent illuminators tulad ng LED) - o sa pamamagitan ng paggulo ng mga electron na may mataas na enerhiya (ang huli ay pinabilis ng isang malakas na electric field) - sa crystal phosphors ng mga electroluminescent panel.

Mga materyales na electroluminescent

Karaniwan, ang mga electroluminescent panel ay ginawa sa anyo ng mga manipis na pelikula ng mga organic o inorganic na materyales. Sa kaso ng paggamit ng mga kristal na phosphors, ang kulay ng glow ay tinutukoy ng isang karumihan - isang activator. Sa istruktura, ang electroluminescent panel ay isang flat capacitor. Ang mga electroluminescent panel ay nangangailangan ng sapat na mataas na supply ng boltahe (60 - 600 volts); para dito, bilang panuntunan, ang isang boltahe converter ay binuo sa aparato na may electroluminescent backlight.

Mga halimbawa ng manipis na film na electroluminescent na materyales:

• May pulbos na zinc sulfide na isinaaktibo sa tanso o pilak (asul-berdeng glow);
• Zinc sulfide activated na may mangganeso - yellow-orange glow;
• Semiconductor III-V InP, GaAs, GaN (LEDs).

Aplikasyon

Ang mga electroluminescent illuminator (mga panel, wire, atbp.) ay malawakang ginagamit sa consumer electronics at lighting engineering, lalo na, para sa pag-iilaw ng mga likidong kristal na display, pag-iilaw ng mga kaliskis ng instrumento at mga keyboard ng pelikula, dekorasyon ng mga gusali at landscape, atbp.

Ang mga electroluminescent na graphic at character-synthesizing display ay ginawa para sa militar at pang-industriya na mga aplikasyon. Ang mga display na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kalidad ng imahe at medyo mababa ang sensitivity sa mga kondisyon ng temperatura.

Sumulat ng isang pagsusuri sa artikulong "Electroluminescence"

Panitikan

• Gershun A.L.,.// Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: sa 86 volume (82 volume at 4 na karagdagang). - St. Petersburg. , 1890-1907.

Mga link

• (hindi magagamit na link - kwento , kopya)

Isang sipi na nagpapakilala sa Electroluminescence

Ministri ng Mas Mataas na Edukasyon ng Ukraine

Pambansang Teknikal na Unibersidad ng Ukraine

"Kyiv Polytechnic Institute"

Abstract sa paksa:

Luminescence

electroluminescence

Nakumpleto ni: 2nd year student

PSF PM-91 Milokosty A. A.

Sinuri ni: Nikitin A.K.

Plano:

1. Panimula________________________________3

2. Pag-uuri ng luminescence phenomena _______4

3. Mga uri ng luminescence ____________________________5

4. Mga pisikal na katangian ng luminescence___7

5. Kinetics ng luminescence ____________________7

6. Luminescent substances __________________ 9

7. Paraan ng pananaliksik ______________________________________11

8. Phosphors________________________________11

9. Listahan ng mga ginamit na panitikan __________14

Panimula

Luminescence - radiation, na isang labis sa thermal radiation ng katawan sa isang naibigay na temperatura at pagkakaroon ng isang tagal na makabuluhang lumampas sa panahon ng mga light wave. Ang unang bahagi ng kahulugan na ito ay iminungkahi ni E. Wiedomann at naghihiwalay sa luminescence mula sa equilibrium thermal radiation. Ang ikalawang bahagi - isang tanda ng tagal - ay ipinakilala ni S. I. Vavilov upang paghiwalayin ang luminescence mula sa iba pang pangalawang luminescence phenomena - pagmuni-muni at pagkalat ng liwanag, pati na rin mula sa stimulated emission, bremsstrahlung ng mga sisingilin na particle.

Para sa paglitaw ng luminescence, samakatuwid, ang ilang mapagkukunan ng enerhiya ay kinakailangan, naiiba mula sa balanse ng panloob na enerhiya ng isang naibigay na katawan, na tumutugma sa temperatura nito. Upang mapanatili ang nakatigil na luminescence, ang pinagmulang ito ay dapat na panlabas. Ang non-stationary luminescence ay maaaring mangyari sa panahon ng paglipat ng katawan sa isang estado ng balanse pagkatapos ng paunang paggulo (luminescence decay). Tulad ng mga sumusunod mula sa mismong kahulugan, ang konsepto ng luminescence ay hindi tumutukoy sa mga indibidwal na radiating atoms o molecule, kundi pati na rin sa kanilang mga pinagsama-samang - mga katawan. Ang mga elementarya na pagkilos ng paggulo ng mga molekula at paglabas ng liwanag ay maaaring pareho sa kaso ng thermal radiation at luminescence. Ang pagkakaiba ay binubuo lamang sa kamag-anak na bilang ng ilang mga paglipat ng enerhiya. Ito rin ay sumusunod mula sa kahulugan ng luminescence na ang konseptong ito ay naaangkop lamang sa mga katawan na may isang tiyak na temperatura. Sa kaso ng isang malakas na paglihis mula sa thermal equilibrium, walang kahulugan na magsalita ng thermal equilibrium o luminescence.

Ang tanda ng tagal ay may malaking praktikal na kahalagahan at ginagawang posible na makilala ang luminescence mula sa iba pang mga prosesong hindi balanse. Sa partikular, siya ay may mahalagang papel sa kasaysayan ng pagtuklas ng kababalaghan ng Vavilov-Cherenkov, na ginagawang posible na maitatag na ang naobserbahang glow ay hindi maiuugnay sa luminescence. Ang tanong ng theoretical substantiation ng Vavilov criterion ay isinasaalang-alang ni B.I. Stepanov at B. A. Afanasevich. Ayon sa kanila, para sa pag-uuri ng pangalawang luminescence, ang pagkakaroon o kawalan ng mga intermediate na proseso sa pagitan ng pagsipsip ng enerhiya na nagpapasigla sa luminescence at ang paglabas ng pangalawang luminescence (halimbawa, mga paglipat sa pagitan ng mga antas ng elektroniko, mga pagbabago sa vibrational energy, atbp.) ng malaking kahalagahan. Ang ganitong mga intermediate na proseso ay katangian ng luminescence (sa partikular, nagaganap sila sa panahon ng di-optical na paggulo ng luminescence).

Pag-uuri ng luminescence phenomena

Ayon sa uri ng paggulo, mayroong: ionoluminescence, candoluminescence, cathodoluminescence, radioluminescence, X-ray luminescence, electroluminescence, photoluminescence, chemiluminescence, triboluminescence. Ayon sa tagal ng luminescence, ang fluorescence (short glow) at phosphorescence (long glow) ay nakikilala. Ngayon ang mga konsepto na ito ay nagpapanatili lamang ng isang kondisyon at husay na kahulugan, dahil imposibleng ipahiwatig ang anumang mga hangganan sa pagitan nila. Minsan ang fluorescence ay nauunawaan bilang spontaneous luminescence, at phosphorescence bilang stimulated luminescence (tingnan sa ibaba).

Ang pinaka-nakapangangatwiran na pag-uuri ng luminescence phenomena, batay sa mga katangian ng mekanismo ng mga proseso ng elementarya, ay unang iminungkahi ni Vavilov, na nakikilala sa pagitan ng kusang, sapilitang, at recombination na mga proseso ng luminescence. Kasunod nito, ang resistive luminescence ay nakahiwalay din.

Mga uri ng luminescence

1) resonant luminescence(mas karaniwang tinatawag na resonant fluorescence ) naobserbahan sa mga atomic vapors (mercury, sodium, atbp.) sa ilang simpleng molecule at, minsan, sa mas kumplikadong mga sistema. Ang paglabas ay kusang-loob at nangyayari mula sa parehong antas ng enerhiya na nakakamit sa pamamagitan ng pagsipsip ng enerhiya ng kapana-panabik na liwanag. Habang tumataas ang density ng singaw, ang resonant luminescence ay nagiging resonant scattering.

Sa lahat ng kaso, ang ganitong uri ng luminescence ay hindi dapat nauugnay sa luminescence at dapat na tinatawag na resonant scattering.

2) Kusang luminescence nagsasangkot ng paglipat (radiative o, mas karaniwang, non-radiative) sa antas ng enerhiya kung saan nangyayari ang radiation. Ang ganitong uri ng luminescence ay tipikal para sa mga kumplikadong molekula sa mga singaw at solusyon, at para sa mga sentro ng karumihan sa mga solido. Ang isang espesyal na kaso ay kinakatawan ng luminescence dahil sa mga paglipat mula sa mga estado ng exciton.

3) Metastable o stimulated luminescence ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang paglipat sa isang metastable na antas na nangyayari pagkatapos ng pagsipsip ng enerhiya at isang kasunod na paglipat sa antas ng radiation bilang resulta ng komunikasyon ng vibrational energy (dahil sa panloob na enerhiya ng katawan) o isang karagdagang dami ng liwanag, tulad ng infrared. Ang isang halimbawa ng ganitong uri ng luminescence ay ang phosphorescence ng mga organikong sangkap, kung saan ang mas mababang antas ng triplet ng mga organikong molekula ay metastable. Kasabay nito, sa maraming mga kaso, ang dalawang banda ng tagal ng luminescence ay sinusunod: long-wavelength, na tumutugma sa kusang paglipat T-S 0 at pagkatapos ay (mabagal na fluorescence o β-band), at maikling-wavelength, na tumutugma sa spectrum na may fluorescence at naaayon sa sapilitang paglipat T-S 1 at pagkatapos ay kusang paglipat s 1 -s 0 (phosphorescence o α-band).

4) Recombination luminescence ay nangyayari bilang isang resulta ng muling pagsasanib ng mga particle na pinaghihiwalay ng pagsipsip ng kapana-panabik na enerhiya. Sa mga gas, maaaring mangyari ang recombination ng mga radical o ions, na nagreresulta sa isang molekula sa isang nasasabik na estado. Ang kasunod na paglipat sa ground state ay maaaring sinamahan ng luminescence. Sa mga solidong mala-kristal na katawan, ang recombination luminescence ay lumitaw bilang isang resulta ng paglitaw ng mga nonequilibrium charge carriers (mga electron o butas) sa ilalim ng pagkilos ng ilang mapagkukunan ng enerhiya. Ginagawa ang pagkakaiba sa pagitan ng recombination luminescence sa panahon ng "zone-zone" transition at luminescence ng mga depekto o impurity centers (ang tinatawag na. mga sentro ng luminescence). Sa lahat ng kaso, ang proseso ng luminescence ay maaaring isama ang pagkuha ng mga carrier sa mga traps na may kasunod na paglabas ng mga ito sa pamamagitan ng thermal o optical na paraan, ibig sabihin, isama ang isang elementarya na proseso na katangian ng metastable luminescence. Sa kaso ng mga luminescence center, ang recombination ay binubuo sa pagkuha ng mga butas sa ground level ng center at mga electron sa excited level. Ang radyasyon ay nangyayari bilang resulta ng paglipat ng sentro mula sa nasasabik na estado patungo sa ground state. Ang recombination luminescence ay sinusunod sa mga crystal phosphors at tipikal na semiconductors tulad ng germanium at silicon. Anuman ang mekanismo ng proseso ng elementarya na humahantong sa luminescence, ang radiation, sa huling kaso, ay nangyayari sa panahon ng isang kusang paglipat mula sa isang estado ng enerhiya patungo sa isa pa. Kung pinapayagan ang paglipat na ito, pagkatapos ay magaganap ang dipole radiation. Sa kaso ng mga ipinagbabawal na paglipat, ang radiation ay maaaring tumutugma sa parehong electric at magnetic dipole, electric quadrupole, at iba pa.

Mga pisikal na katangian ng luminescence

Tulad ng anumang radiation, luminescence ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang spectrum (spectral density ng radiant flux) at isang estado ng polariseysyon. Ang pag-aaral ng luminescence spectra at ang mga salik na nakakaapekto sa kanila ay bahagi ng spectroscopy.

Kasama ng mga pangkalahatang katangiang ito, may mga tiyak para sa luminescence. Ang intensity ng luminescence sa sarili nito ay bihirang interesado. Sa halip, ang halaga ng ratio ng radiated energy sa absorbed energy ay ipinakilala, tinatawag luminescence output. Sa karamihan ng mga kaso, ang output ay tinukoy sa ilalim ng mga nakatigil na kondisyon bilang ratio ng radiated at absorbed power. Sa kaso ng photoluminescence, ang konsepto ng quantum yield ay ipinakilala at ang yield spectrum ay isinasaalang-alang, i.e. ang pag-asa ng output sa dalas ng kapana-panabik na liwanag, at ang polarization spectrum, ang pag-asa ng antas ng polariseysyon sa dalas ng kapana-panabik na liwanag. Bilang karagdagan, ang polariseysyon ng luminescence ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga diagram ng polariseysyon, ang anyo nito ay nauugnay sa oryentasyon at multipole na kalikasan ng elementarya na nagpapalabas at sumisipsip ng mga sistema.

Luminescence kinetics, sa partikular, ang hugis ng rise curve pagkatapos i-on ang excitation at ang luminescence decay curve pagkatapos itong i-off, at ang dependence ng kinetics sa iba't ibang salik: temperatura, intensity ng exciting source, atbp., ay mahalaga. mga katangian ng luminescence. Ang kinetics ng luminescence ay nakasalalay sa isang malaking lawak sa uri ng elementarya na proseso, bagaman hindi ito natatanging tinutukoy nito. Ang damping ng spontaneous luminescence na may quantum yield na malapit sa unity ay palaging nangyayari ayon sa exponential law: I(t)=I 0 exp(-l/τ), kung saan ang τ ay nagpapakilala sa average na buhay ng excited state, ibig sabihin, ay pantay. sa reciprocal ng probabilidad Isang kusang paglipat sa bawat yunit ng oras. Gayunpaman, kung ang luminescence quantum yield ay mas mababa kaysa sa pagkakaisa, ibig sabihin, ang luminescence ay bahagyang napatay, kung gayon ang exponential decay law ay napanatili lamang sa pinakasimpleng kaso, kapag ang quenching probability Q ay pare-pareho. Sa kasong ito, τ=1/(A+Q), at ang quantum yield η=A/(A+Q), kung saan ang Q ay ang posibilidad ng isang nonradiative transition. Gayunpaman, madalas na nakasalalay ang Q sa oras na lumipas mula sa sandali ng paggulo ng isang naibigay na molekula, at pagkatapos ay nagiging mas kumplikado ang batas ng pagkabulok ng luminescence. Ang kinetics ng stimulated luminescence sa kaso ng isang metastable na antas ay tinutukoy ng kabuuan ng dalawang exponential.

Ang luminescence ay ang paglabas ng liwanag ng ilang mga materyales sa medyo malamig na estado. Ito ay naiiba sa radiation ng mga incandescent body, halimbawa, o karbon, tunaw na bakal at kawad na pinainit ng isang electric current. Ang paglabas ng luminescence ay sinusunod:

• sa mga neon at fluorescent lamp, telebisyon, radar at fluoroscope screen;
• sa mga organikong sangkap tulad ng luminol o luciferin sa mga alitaptap;
• sa ilang mga pigment na ginagamit sa panlabas na advertising;
• may kidlat at hilagang ilaw.

Sa lahat ng mga hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang paglabas ng liwanag ay hindi resulta ng pag-init ng materyal sa itaas ng temperatura ng silid, kaya naman tinawag itong malamig na liwanag. Ang praktikal na halaga ng mga luminescent na materyales ay nakasalalay sa kanilang kakayahang baguhin ang mga hindi nakikitang anyo ng enerhiya

Mga mapagkukunan at proseso

Ang kababalaghan ng luminescence ay nangyayari bilang isang resulta ng pagsipsip ng enerhiya ng isang materyal, halimbawa, mula sa isang mapagkukunan ng ultraviolet o X-ray radiation, mga electron beam, mga reaksiyong kemikal, atbp. Dinadala nito ang mga atomo ng sangkap sa isang nasasabik na estado . Dahil ito ay hindi matatag, ang materyal ay bumalik sa orihinal nitong estado at ang hinihigop na enerhiya ay inilabas bilang liwanag at/o init. Ang mga panlabas na electron lamang ang kasangkot sa proseso. Ang kahusayan ng luminescence ay nakasalalay sa antas ng conversion ng enerhiya ng paggulo sa liwanag. Ang bilang ng mga materyales na may sapat na kahusayan para sa praktikal na paggamit ay medyo maliit.

Luminescence at incandescence

Ang paggulo ng luminescence ay hindi konektado sa paggulo ng mga atomo. Kapag ang mga maiinit na materyales ay nagsimulang kumikinang bilang resulta ng incandescence, ang kanilang mga atomo ay nasa isang nasasabik na estado. Bagama't sila ay nag-vibrate na sa temperatura ng silid, ito ay sapat na para sa radiation na mangyari sa malayong infrared na rehiyon ng spectrum. Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang dalas ng electromagnetic radiation sa nakikitang rehiyon. Sa kabilang banda, sa napakataas na temperatura, tulad ng mga nilikha sa mga shock tube, ang mga banggaan ng mga atomo ay maaaring maging napakarahas na ang mga electron ay humiwalay sa kanila at muling pinagsama, na naglalabas ng liwanag. Sa kasong ito, ang luminescence at incandescence ay nagiging hindi makilala.

Luminescent na mga pigment at tina

Ang mga ordinaryong pigment at tina ay may kulay, dahil sinasalamin nila ang bahaging iyon ng spectrum na pantulong sa hinihigop. Ang isang maliit na bahagi ng enerhiya ay na-convert sa init, ngunit walang kapansin-pansing radiation na nangyayari. Kung, gayunpaman, ang luminescent na pigment ay sumisipsip ng liwanag ng araw sa isang partikular na bahagi ng spectrum, maaari itong maglabas ng mga photon na naiiba sa mga nakikita. Nangyayari ito bilang resulta ng mga proseso sa loob ng dye o pigment molecule kung saan ang ultraviolet light ay maaaring ma-convert sa nakikitang liwanag, tulad ng asul na liwanag. Ang ganitong mga pamamaraan ng luminescence ay ginagamit sa panlabas na advertising at sa mga laundry detergent. Sa huling kaso, ang "clarifier" ay nananatili sa tela hindi lamang upang ipakita ang puti, kundi pati na rin upang i-convert ang ultraviolet radiation sa asul, na nagbabayad para sa yellowness at pinahuhusay ang kaputian.

Maagang pananaliksik

Bagama't ang kidlat, hilagang ilaw at ang madilim na kislap ng mga alitaptap at kabute ay palaging kilala sa sangkatauhan, ang unang pag-aaral ng luminescence ay nagsimula sa sintetikong materyal, nang si Vincenzo Cascariolo, isang alchemist at shoemaker mula sa Bologna (Italy), noong 1603 ay nagpainit ng halo ng barium sulfate (sa anyo ng barite, mabigat na spar) na may karbon. Ang pulbos na nakuha pagkatapos ng paglamig ay naglalabas ng isang mala-bughaw na glow sa gabi, at napansin ni Cascariolo na ito ay maaaring maibalik sa pamamagitan ng paglalantad sa pulbos sa sikat ng araw. Ang sangkap ay tinawag na lapis solaris, o sunstone, dahil umaasa ang mga alchemist na maaari nitong gawing ginto ang mga metal, na sinasagisag ng araw. Ang afterglow ay pumukaw sa interes ng maraming siyentipiko sa panahong iyon, na nagbigay sa materyal ng iba pang mga pangalan, kabilang ang "phosphorus", na nangangahulugang "tagapagdala ng liwanag."

Ngayon, ang pangalan na "phosphorus" ay ginagamit lamang para sa elemento ng kemikal, habang ang microcrystalline luminescent na materyales ay tinatawag na phosphor. Ang "phosphorus" ni Cascariolo ay lumilitaw na barium sulfide. Ang unang komersyal na magagamit na phosphor (1870) ay "balmain's paint" - isang solusyon ng calcium sulfide. Noong 1866, inilarawan ang unang matatag na zinc sulfide phosphor - isa sa pinakamahalaga sa modernong teknolohiya.

Ang isa sa mga unang siyentipikong pag-aaral ng luminescence, na ipinakita sa pagkabulok ng kahoy o laman at sa mga alitaptap, ay isinagawa noong 1672 ng Ingles na siyentipiko na si Robert Boyle, na, kahit na hindi alam ang biochemical na pinagmulan ng liwanag na ito, gayunpaman ay itinatag. ilan sa mga pangunahing katangian ng bioluminescent system:

• kumikinang na malamig;
• maaari itong sugpuin ng mga ahente ng kemikal tulad ng alkohol, hydrochloric acid at ammonia;
• Ang radiation ay nangangailangan ng access sa hangin.

Noong 1885-1887, napansin na ang mga crude extract na nakuha mula sa West Indian fireflies (fire nutcrackers) at mula sa folad clams ay gumagawa ng liwanag kapag pinaghalo.

Ang unang epektibong chemiluminescent na materyales ay ang mga non-biological synthetic compound tulad ng luminol, na natuklasan noong 1928.

Chemi- at ​​bioluminescence

Karamihan sa enerhiya na inilabas sa mga reaksiyong kemikal, lalo na ang mga reaksyon ng oksihenasyon, ay nasa anyo ng init. Sa ilang mga reaksyon, gayunpaman, ang ilan sa mga ito ay ginagamit upang pukawin ang mga electron sa mas mataas na antas, at sa mga fluorescent molecule, sa chemiluminescence (CL). Ipinapakita ng mga pag-aaral na ang CL ay isang unibersal na kababalaghan, bagama't ang intensity ng luminescence ay minsan napakababa kaya't kinakailangan ang paggamit ng mga sensitibong detector. Gayunpaman, mayroong ilang mga compound na nagpapakita ng maliwanag na CL. Ang pinakakilala sa mga ito ay ang luminol, na, kapag na-oxidize sa hydrogen peroxide, ay makakapagdulot ng malakas na asul o asul-berdeng ilaw. Ang iba pang malakas na sangkap ng CL ay lucigenin at lofin. Sa kabila ng ningning ng kanilang mga CL, hindi lahat ng mga ito ay epektibo sa pag-convert ng enerhiya ng kemikal sa liwanag na enerhiya, dahil wala pang 1% ng mga molekula ang naglalabas ng liwanag. Noong 1960s, ang mga ester ng oxalic acid na na-oxidize sa mga anhydrous solvents sa pagkakaroon ng mga highly fluorescent aromatic compound ay natagpuang naglalabas ng maliwanag na liwanag na may kahusayan na hanggang 23%.

Ang Bioluminescence ay isang espesyal na uri ng CL na na-catalyze ng mga enzyme. Ang luminescence yield ng naturang mga reaksyon ay maaaring umabot sa 100%, na nangangahulugan na ang bawat molekula ng reacting luciferin ay pumasa sa radiating state. Lahat ng bioluminescent reactions na kilala ngayon ay catalyzed ng oxidation reactions na nagaganap sa presensya ng hangin.

Thermal stimulated luminescence

Ang Thermoluminescence ay hindi nangangahulugan ng thermal radiation, ngunit isang pagtaas sa light radiation ng mga materyales na ang mga electron ay nasasabik ng init. Ang thermally stimulated luminescence ay sinusunod sa ilang mga mineral, at higit sa lahat sa mga crystal phosphors pagkatapos na sila ay nasasabik ng liwanag.

Photoluminescence

Ang photoluminescence, na nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng insidente ng electromagnetic radiation sa isang substance, ay maaaring gawin sa hanay mula sa nakikitang liwanag hanggang sa ultraviolet hanggang sa x-ray at gamma ray. Sa photon-induced luminescence, ang wavelength ng emitted light ay karaniwang katumbas o mas malaki kaysa sa wavelength ng exciting na liwanag (i.e., katumbas o mas mababa sa enerhiya). Ang pagkakaibang ito sa wavelength ay dahil sa papasok na enerhiya na na-convert sa mga vibrations ng atoms o ions. Minsan, kapag nalantad sa isang laser beam nang matindi, ang ibinubuga na liwanag ay maaaring magkaroon ng mas maikling wavelength.

Ang katotohanan na ang PL ay maaaring nasasabik sa pamamagitan ng ultraviolet radiation ay natuklasan ng German physicist na si Johann Ritter noong 1801. Napansin niya na ang mga phosphor ay kumikinang nang maliwanag sa hindi nakikitang rehiyon na lampas sa violet na bahagi ng spectrum, at sa gayon ay natuklasan ang UV radiation. Ang conversion ng UV sa nakikitang liwanag ay may malaking praktikal na kahalagahan.

Sa mataas na presyon, tumataas ang dalas. Ang spectra ay hindi na binubuo ng isang solong 254 nm spectral line, ngunit ang emission energy ay ipinamamahagi sa mga spectral na linya na naaayon sa iba't ibang electronic level: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 at 578 nm. Ang mga high-pressure na mercury lamp ay ginagamit para sa pag-iilaw, dahil ang 405-546 nm ay tumutugma sa nakikitang mala-bughaw-berdeng ilaw, at kapag ang bahagi ng radiation ay binago sa pulang ilaw gamit ang isang pospor, ang resulta ay puti.

Kapag ang mga molekula ng gas ay nasasabik, ang kanilang luminescence spectra ay nagpapakita ng malalawak na banda; hindi lamang tumataas ang mga electron sa mas mataas na antas ng enerhiya, ngunit ang vibrational at rotational motions ng mga atom sa kabuuan ay sabay na nasasabik. Ito ay dahil ang vibrational at rotational energies ng mga molecule ay 10 -2 at 10 -4 ng transition energies, na nagdaragdag upang bumuo ng maraming bahagyang magkakaibang wavelength na bumubuo sa isang banda. Sa mas malalaking molekula, mayroong ilang magkakapatong na banda, isa para sa bawat uri ng paglipat. Ang radiation ng mga molekula sa solusyon ay nakararami tulad ng laso, na sanhi ng pakikipag-ugnayan ng medyo malaking bilang ng mga nasasabik na molekula na may mga solvent na molekula. Sa mga molekula, tulad ng sa mga atomo, ang mga panlabas na electron ng mga molecular orbital ay nakikilahok sa luminescence.

Fluorescence at phosphorescence

Ang mga terminong ito ay maaaring makilala hindi lamang sa batayan ng tagal ng glow, kundi pati na rin sa batayan ng paraan ng paggawa nito. Kapag ang isang electron ay nasasabik sa isang singlet na estado na may oras ng paninirahan na 10 -8 s, kung saan madali itong bumalik sa ground state, ang sangkap ay nagpapalabas ng enerhiya nito sa anyo ng fluorescence. Sa panahon ng paglipat, ang pag-ikot ay hindi nagbabago. Ang lupa at nasasabik na mga estado ay may katulad na multiplicity.

Ang isang electron, gayunpaman, ay maaaring itaas sa isang mas mataas na antas ng enerhiya (tinatawag na "excited triplet state") sa pamamagitan ng pag-reverse ng spin nito. Sa quantum mechanics, ipinagbabawal ang mga paglipat mula sa triplet patungo sa singlet, at, dahil dito, mas mahaba ang kanilang buhay. Samakatuwid, ang luminescence sa kasong ito ay may mas mahabang panahon: ang phosphorescence ay sinusunod.

Ang electroluminescence ay ang paglabas ng liwanag sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field o isang dumadaloy na kasalukuyang. Kapag ang isang electric field ay inilapat sa isang semiconductor (tinatawag na phosphor), ang epekto ng ionization ng mga atom sa pamamagitan ng mga electron ay nangyayari dahil sa electric field, pati na rin ang paglabas ng mga electron mula sa capture center. Bilang resulta, ang konsentrasyon ng mga libreng carrier ay lalampas sa equilibrium one at ang semiconductor ay nasa isang excited na estado, i.e. sa isang estado kung saan ang panloob na enerhiya nito ay lumampas sa ekwilibriyo sa isang naibigay na temperatura.

Ang aparato ng isang electroluminescent emitter (kapasitor): isang manipis na layer (hanggang sa 20 microns) ng isang semiconductor (zinc sulfide) ay idineposito sa isang base ng metal, isang manipis na layer ng metal na transparent sa nakikitang liwanag ay inilapat sa ibabaw nito. Kapag ang isang pinagmulan (constant o variable) ay konektado sa mga layer ng metal, lumilitaw ang isang maberde-asul na glow, na ang liwanag ay proporsyonal sa halaga ng U ng pinagmulan. Kung ang zinc selenide ay kasama sa komposisyon ng pospor, kung gayon ang isang puti, dilaw o orange na glow ay maaaring makuha.

Bahid:

Mababang pagganap;

Hindi matatag na parameter;

Mababang liwanag ng glow;

Maliit na mapagkukunan.

Ang electroluminescence ay sinusunod din sa mga semiconductor diode, kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa diode, na may direktang koneksyon. Sa kasong ito, ang mga electron ay pumasa mula sa n-rehiyon patungo sa p-rehiyon at muling pinagsama sa mga butas doon. Depende sa banda gap, ang mga photon ay may mga frequency sa nakikita o hindi nakikitang bahagi ng light spectrum ng tao, gawa sa silicon, naglalabas ng invisible infrared na ilaw.

Para sa mga LED, ginagamit ang mga materyales na may band gap mula 1.6 eV hanggang 3.1 eV (ito ay pula at violet na kulay), at samakatuwid ito ay malawakang ginagamit upang lumikha ng mga digital indicator, optocoupler, at laser.

Advantage:

kakayahang gumawa;

Mataas na pagganap;

Mahabang buhay ng serbisyo;

pagiging maaasahan;

Micro miniature;

Mataas na monochromaticity ng radiation.

Sa pamamagitan ng disenyo, ang mga LED ay nakikilala: iniksyon, semiconductor laser, superluminescent (sinasakop ang mga intermediate na halaga​​​at ginagamit sa mga linya ng fiber optic), na may kontroladong kulay ng glow.

ZSI- sign-synthesizing indicators - kung saan ang imahe ay nakuha gamit ang isang mosaic sa mga independiyenteng kinokontrol na "electric signal-to-light" na mga converter.

Ginagamit ng ZSI ang glow na nangyayari sa mga phosphor na inilagay sa isang malakas na electric field. Sa istruktura, ang mga ito ay isang pangkat ng mga capacitor, kung saan ang isa sa mga plato ay ginawang transparent, at ang isa ay hindi transparent.

Kapag ang pinagmulan ay konektado sa mga plato, ang pospor ay nagsisimulang kumikinang.

Kung ang isang transparent na elektrod ay gawa sa isang hugis o iba pa, pagkatapos ay uulitin ng glow zone ang hugis. Ang kulay ng seksyon ay depende sa komposisyon ng pospor. Ginagamit sa mga display.

Nakadepende ang liwanag ng liwanag sa U value at frequency: U=160-250V, f=300-4000Hz.

Pagkonsumo ng kuryente hundredths-tenths ng isang watt, brightness 20-65cd/m 2 .

cathodoluminescence. Kapag ang gas ay tinanggal mula sa prasko (sa isang presyon ng ≈ 1.3 Pa), ang glow ng gas ay humina at ang mga dingding ng prasko ay nagsisimulang umilaw. Bakit? Ang mga electron na na-knock out sa cathode ng mga positibong ion ay bihirang bumangga sa mga molekula ng gas sa naturang paglabas, at samakatuwid, pinabilis ng field, na tumama sa salamin, ay nagiging sanhi ng glow nito, ang tinatawag na cathodoluminescence, at ang daloy ng mga electron ay tinatawag na cathode rays. .

Mababang boltahe ng vacuum luminescence. Ayon sa mekanismo ng pagkilos, hindi ito naiiba sa mataas na boltahe at likas na nagpapayo.

Kakanyahan - ang pospor ay binomba ng mga electron, na nagpapasigla sa pospor at humantong sa paglabag sa thermodynamic equilibrium. Lumilitaw ang mga electron, ang enerhiya na mas malaki kaysa sa enerhiya para sa conduction band, at mga butas, na may enerhiya na mas mababa kaysa sa kisame ng valence band. Dahil sa kawalang-tatag ng nonequilibrium state, ang proseso ng recombination ay nagsisimula sa paglabas ng mga photon ng mga cathodes, na sinamahan ng emission.

Kung ang recombination ay isinasagawa sa pamamagitan ng isang bitag, pagkatapos ng ilang sandali ang mga carrier ay maaaring bumalik sa kanilang mga lugar, na nagpapataas ng afterglow.

Ang mababang boltahe luminescence ay nailalarawan sa pamamagitan ng:

Uri ng pospor;

Ang lalim ng pagtagos sa kristal ng bombarding electron;

Ang mababang boltahe na boltahe ay ginagamit (mga yunit-sampu-sampung volts);

Ginamit sa vacuum ZSI;

Pag-init ng boltahe = 5V;

U a \u003d (20-70) B;

Anode kasalukuyang segment (1-3) mA.

Mga kalamangan ng vacuum ZSI:

Mataas na liwanag ng glow;

Maraming kulay;

Minimum na pagkonsumo ng enerhiya;

Napakabilis.

Mga disadvantages: kinakailangang magkaroon ng tatlong pinagmumulan ng kapangyarihan, ang hina ng disenyo.

Mga tanong sa seguridad para sa paksa 2:

1 Ang konsepto ng polariseysyon.

2 Mga uri ng polariseysyon.

3 Ano ang tumutukoy sa electrical conductivity ng isang dielectric?

4 Tukuyin ang mga uri ng pagkasira ng kuryente.

5 Ipahiwatig ang mga katangian ng ferroelectrics.

6 Piezo effect at ang aplikasyon nito.

7 Ipahiwatig ang mga uri ng paglabas ng gas at ang kanilang mga tampok.

8 Mga tampok ng electroluminescence at cathodoluminescence.