» » » » » » » Fosforescența

Fosforescența

postat în: Lumina | 0

Pasăre fosforescentă(Figurină pasăre fosforescentă)

Fosforescența este un tip de fotoluminiscență legată de fluorescență. Spre deosebire de fluorescență, un material fosforescent nu emite imediat radiația pe care o absoarbe. Vitezele reduse de timpi ai re-emisiei sunt asociate cu tranziții de energie „interzise” în mecanica cuantică. Deoarece aceste tranziții apar foarte lent în anumite materiale, radiația absorbită este re-emisă la o intensitate mai mică până la câteva ore după excitația inițială.

Exemplele zilnice de materiale fosforescente sunt jucăriile, autocolantele, vopselele și butoanele de ceas care strălucesc după ce au fost încărcate cu o lumină strălucitoare, precum o citire normală sau lumină în încăpere. De obicei, strălucirea se estompează încet, uneori în câteva minute sau până la câteva ore, într-o cameră întunecată.

Studiul materialelor fosforescente a condus la descoperirea radioactivității în 1896.

Explicaţii

Diagrama Jablonski
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:JablonskiSimple.png

(Diagrama Jablonski a unei scheme de energie folosită pentru a explica diferența dintre fluorescență și fosforescență. Excitarea moleculei A la starea excitată de singlet (1A*) este urmată de traversarea inter-sistem la starea triplet (3A) care se relaxează la starea de bază prin fosforescenţă.)

În termeni simpli, fosforescența este un proces în care energia absorbită de o substanță este eliberată relativ încet sub formă de lumină. Acest lucru este, în unele cazuri, mecanismul utilizat pentru materialele „strălucitoare în întuneric” care sunt „încărcate” prin expunerea la lumină. Spre deosebire de reacțiile relativ rapide în fluorescență, cum ar fi cele observate într-un tub fluorescent comun, materialele de stocare „fosforescente” absorb energie pentru o perioadă mai lungă de timp, deoarece procesele necesare pentru reemiterea energiei apar mai rar.

Mecanica cuantică
Fosforescență
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Electronic_Processes_Involving_Light.png

(Dupa ce un electron absoarbe un foton de energie înaltă, el poate suferi relaxări vibraționale și traversare inter-sistem într-o altă stare de spin. Din nou sistemul se relaxează vibrațional în noua stare de spin și în cele din urmă emite lumină prin fosforescență. )

Cele mai multe evenimente fotoluminiscente, în care un substrat chimic absoarbe și apoi emite un foton de lumină, sunt rapide, de ordinul a 10 nanosecunde. Lumina este absorbită și emisă la aceste scări de timp rapide în cazurile în care energia fotonilor implicați se potrivește cu stările de energie disponibile și permite tranzițiile substratului. În cazul special al fosforescenței, electronul care a absorbit fotonul (energia) suferă o traversare inter-sistem neobișnuită într-o stare de energie cu o multiplicitate de spin mai mare, de obicei o stare triplă. Ca rezultat, electronul excitat poate ajunge să fie prins în starea triplet cu doar tranziții „interzise” disponibile pentru a reveni la starea de energie singlet inferioară. Aceste tranziții, deși „interzise”, vor apărea în continuare în mecanica cuantică, dar sunt nefavorabile cinetic și, prin urmare, progresează la scări de timp mult mai lent. Majoritatea compușilor fosforescenți sunt încă emițători relativ rapizi, cu o durată de viață triplă de ordinul milisecundelor. Cu toate acestea, unii compuși au o durată de viață triplă de până la minute sau chiar ore, permițând acestor substanțe să stocheze eficient energia luminoasă sub forma unor stări de electroni excitate foarte lent. Dacă randamentul cuantic al fosforescenței este ridicat, aceste substanțe vor elibera cantități semnificative de lumină pe scări lungi de timp, creând materiale așa-numite „strălucitoare în întuneric”.

Ecuaţia

S0 + hν → S1 → T1 → S0 + h ν’

unde S este un singlet și T un triplet ale cărui subscripturi denotă stări (0 este starea de bază și 1 starea excitată). Tranzițiile pot apărea, de asemenea, la niveluri de energie mai mari, dar prima stare excitată este indicată pentru simplitate.

Chemiluminescență

Câteva exemple de materiale strălucitoare în întuneric nu strălucesc prin fosforescență. De exemplu, bastoanele strălucesc datorită procesului chemiluminiscent care este în mod obișnuit confundat cu fosforescența. În chemiluminescență, o stare excitată este creată printr-o reacție chimică. Emisia de lumină urmărește evoluția cinetică a reacției chimice subiacente. Starea excitată va fi apoi transferată la o moleculă de colorant, cunoscută și ca un sensibilizator sau fluorofor, și apoi va reveni prin fluorescență înapoi la starea de bază.

Materiale

Pigmenții obișnuiți utilizați în materialele fosforescente includ sulfura de zinc și aluminatul de stronțiu. Utilizarea sulfurii de zinc pentru produsele de siguranță datează din anii 1930. Cu toate acestea, dezvoltarea aluminatului de stronțiu, cu o luminanță de aproximativ 10 ori mai mare decât sulfura de zinc, a retrogradat cele mai multe produse pe bază de sulfură de zinc la categoria de noutate. Stratul pigmentat pe bază de aluminat de stronțiu este utilizat acum în semnele de ieșire, în marcarea căii și în alte semne de circulație legate de siguranță.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *