LUMINOFORY (1)

1. LUMINOFORY (1)

2. Luminofory(2) Są to substancje syntetyczne, wykazujące luminescencję. Powyższa defnicja jest jednak nieco „maślana”, toteż czas wyjaśnić czym jest luminescencja.

3. LUMINESCENCJA(3) Zjawisko to, zwane jarzeniem lub niekiedy zimnym świeceniem polega na emitowaniu światła, które powstaje kosztem innych rodzajów energii niż energia cieplna.

4. Rodzaje luminescencji(4) Fotoluminescencja (świecenie spowodowane promieniowaniem UV lub widzialnym VIS). Fotoluminescencję dzieli się na fluorescencję i fosforescencję. Fluorescencja jest świeceniem krótkotrwałym, trwającym nie dłużej niż 10-8 s, zaś fosforescencja to świecenie długotrwałe, dochodzące do kilku godzin a nawet dni.

5. Fotoluminescencja-cd(5) Fotoluminescencję wykazuje wiele substancji, jak choćby organiczne barwniki stosowane w odblaskowych flamastrach czy luminofory stosowane w świetlówkach-rurach fluorescencyjnych.

6. Rodzaje luminescencji-cd(6) Termoluminescencja –luminescencja następuje po uprzednim naświetleniu substancji i następnie jej ogrzaniu. Mamy tu do czynienia z gromadzeniem energii świetlnej i wypromieniowaniu jej gdy tego chcemy- w momencie podgrzania.

7. Termoluminescencja –cd(7) Termoluminescencję wykazuje na przykład fluorek wapnia CaF2 , wobec czego znajduje on zastosowanie do budowy dozymetrów.

8. Rodzaje luminescencji-cd(8) Katodoluminescencja-To rodzaj luminescencji, która jest wywołana przez bombardowanie luminoforu elektronami, np. ekranu lampy oscyloskopowej.

9. Rodzaje luminescencji-cd(9)    Rentgenoluminescencja- świecenie wywołane przez promieniowanie rentgenowskie. Wykazuje ją na przykład wolframian wapnia CaWO4, który znalazł zastosowanie przy produkcji ekranów wzmacniających.

10. Rodzaje luminescencji-cd(10) Radioluminescencja- luminescencja wywołana przez promieniowanie ,, lub promieniowanie kosmiczne a także fragmenty rozszczepień jąder atomowych.

11. Rodzaje luminescencji-cd(11) Tryboluminescencja- świecenie kosztem energii mechanicznej. Powstaje np. przy zgniataniu kostki cukru lub potrząsaniu słoika z kryształami kwasu antranilowego.

12. Rodzaje luminescencji-cd(12) • Chemiluminescencja to świecenie wywołane reakcjami chemicznymi, np. podczas utleniania fosforu białego lub luminolu.

13. Luminofory-cd(13) Luminofory można podzielić na: -organiczne -nieorganiczne

14. Luminofory organiczne-przykłady (14) -fluoresceina -eozyna -uranina -niektóre polimery

15. Luminofory nieorganiczne(15) Otrzymywane najczęściej poprzez spiekanie materiału podstawowego (siarczek, krzemian, fosforan, tlenek...) z topnikiem i aktywatorem. Aktywatorami są dodawane niewielkie ilości związków innych metali. Jest to tzw. Metoda Lenarda. Na kolejnych paru slajdach uwidoczniono otrzymywanie luminoforu-siarczku cynku.

26. Luminofory nieorganiczne (26) Luminofory siarczkowe (siarczki metali) -najwolniej gasnące-siarczki wapniowców CaS, SrS: Cu, Bi, Pb -kadmu i cynku ZnS, CdS: Ag, Cu, Co, Mn -tlenosiarczkowe Y2O2S: Eu

27. Masy świecące Balmaina(27) Stopy o właściwościach fotoluminescencyjnych, otrzymane w 1877 r. na bazie siarczków. Topnikiem były boraks i chlorek sodu, aktywatorem zaś- sole Bi, Cu, Ag

28. Mechanizm działania luminoforów na przykładzie ZnS(28) Fluorescencja występuje przy przejściu samorzutnym z wyższego poziomu energetycznego elektronu na niższy. Fosforescencja zaś powstaje przy udziale energii cieplnej ośrodka. Warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest istnienie poziomów metatrwałych.

29. Mechanizm działania... c.d.(29) Po wzbudzeniu cząsteczki część elektronów nie wraca do stanu podstawowego od razu (co odpowiadałoby fluorescencji), lecz osiągają stan metastabilny.

30. mechanizm...cd(30) Z tego stanu elektrony mogą być przeniesione na wyższy poziom kosztem energii cieplnej i dopiero z niego może następować powrót do stanu podstawowego z emisją światła. Obecność aktywatora-domieszki w krysztale jest często korzystna, gdyż taki obcy atom może się jonizować dostarczając dziur. Dziura taka z elektronem przewodnictwa może ulegać rekombinacji, czemu towarzyszy emisja fotonu. Atom domieszki stanowi tzw.centrum świecenia lub centrum emisji.

31. Mechanizm... c.d.(31) Widmo świecenia zależy od aktywatora, zaś czas wygasania (poświaty) zależy od ilości defektów w strukturze- pułapek.

32. Degradacja luminoforów siarczkowych(32) Luminofory siarczkowe charakteryzują siędużą wydajnością świetlną, jednakże nie są zbyt odporne na bombardowanie elektronowe i jonowe. Z biegiem czasu ciemnieją, niekiedy nawet pod wpływem silnego oświetlenia.

33. Degradacja luminoforów cd(33) Mechanizm degradacji luminoforów siarczkowych,pracujących jako katodoluminofory tłumaczy się zachodzącą elektrolizą. Cd2+ +e  Cd+ 2Cd+Cd2+ + Cd Zn2+ + e Zn+ 2Zn+ Zn2+ + Zn

34. Degradacja luminoforów cd(34) Szarzenie katodoluminoforów siarczkowych tłumaczy się zatem wydzielaniem wolnych metali.

35. Zastosowania niektórych luminoforów siarczkowych(35) -składniki farb świecących -scyntylatory -58% ZnS + 42% CdS:Ag jako rentgenoluminofor -katodoluminofory -luminofory dla lamp oscyloskopowych, lamp VFD.

36. Luminofory selenkowe(36) Oparte o głównie o selenek cynku ZnSe oraz kadmu CdSe są elektroluminoforami. Stosowane w pierwszych półprzewodnikowych wyświetlaczach 7-segmentowych. Początkowo zawieszone w dielektryku, np. w oleju rycynowym były pobudzane zmiennym polem elektrycznym o częstotliwości do kilku kHz.

37. Luminofory typu halofosforanu wapnia(37) Są to wydajne fotoluminofory, pobudzane ultrafioletowym promieniowaniem par rtęci (λ=253,7nm). Halofosforany wapnia Ca3(PO4)2·CaCl2(CaF2):Mn, Sb emitują światło zbliżone barwą do światła dziennego. Odznaczają się dużą wydajnością świetlną. Odkryte w 1942 r. znajdują zastosowanie po dziś dzień.

38. Luminofory halofosforanowe cd(38) Halofosforan wapnia może być otrzymany na dwa sposoby: -Poprzez reakcje w fazie stałej (prażenie substratów) w 1000-1200 stopni -Poprzez homogeniczne strącanie halofosforanu w roztworze wodnym

39. Luminofory halofosforanowe-cd(39) Aktywatory: - Sb2O3 (lepiej Ca(Mn)nSb2O3-n lub Sb2O4 n=1,2,3 • MnCO3, MnF2 Mangan pełni funkcję modyfikatora-aktywatora, który powoduje zmianę barwy emitowanego światła. Jest to cenną zaletą halofosforanów- nie trzeba mieszać wielu luminoforów celem uzyskania właściwej barwy

40. Luminofory halofosforanowe cd(40) 6CaHPO4+3CaCO3+ n CaCl2 + [1-n]CaF2 Ca10(PO4)6(nCl+ [1-n]F)2 +3H2O +3CO2 CaCO3+2NH4ClCaCl2+ 2NH3+CO2+H2O

41. Halofosforany –cd(41) Skład wsadu: CaHPO4 66,2% CaCO3 20,6% CaF2 5,5% Sb2O3 2,5% NH4Cl 1,8% CdO 1,2% Dodatek Mn a widmo halofosforanu przy 3%Sb i F:Cl=2:1

42. Halofosforany-cd(42) Halofosforany znalazły zastosowanie jako luminofory w lampach fluorescencyjnych- świetlówkach.

43. Wolframiany(43) Wśród tych luminoforów na uwagę zasługują: -wolframian magnezu MgWO4 -wolframian wapnia CaWO4

44. Wolframiany-cd(44) Wolframian wapnia- stosowany w technice RTG Wolframian magnezu (z krzemianem cynkowo-berylowym)- jako luminofor do niektórych świetlówek. Ma jednak mniejszą wydajność i trwałość niż luminofor halofosforanowy.

45. Luminofory na bazie związków itru(45) • Tantalanian itru aktywowany tulem lub niobem do wysokoczułych folii wzmacniających RTG • Tlenosiarczek itru aktywowany europem jako wydajny luminofor czerwony do TV kolorowej w miejsce dawniej używanego boranu kadmu, siarczku cynku-kadmu i fosforanu cynku

46. Niektóre ważne pojęcia dotyczące luminoforów(46) Współrzędne luminoforu na wykresie X-Y, określające jego barwę.

47. Ważne pojęcia-c.d.(47) Temperatura barwowa - to temperatura ciała doskonale czarnego, w której wysyła ono promieniowanie tej samej chromatyczności co rozpatrywany luminofor.

48. Ważne pojęcia c.d(48) Czas poświaty luminoforu -czas liczony do momentu, w którym jaskrawość emitowanego światła spadnie do 1% wartości początkowej

49. Ważne pojęcia- c.d(49) Wydajność świetlna-stosunek luminancji luminoforu badanego do jaskrawości wzorca razy 100%. Jednostką luminancji jest kandela na metr kwadratowy (jednostką starszą był stilb- 10000 sb=1 cd/m2) Ważnym pojęciem jest też wydajność energetyczna luminoforu-stosunek luminancji do mocy dostarczonej [cd/W].

50. Bibliografia(50) Zarys Fizyki lamp elektrycznych-Lucjan Berson, PWSZ 1953 Technologia lamp elektronowych-T. Niemyski, PWT 1956 Miernictwo radiotechniczne-A.Jellonek, Z. Karkowski, PWT 1961 Poradnik technika telewizji- pod kierunkiem T. Bzowskiego, WNT 1970 Badania nad syntezą Vaterytu oraz ocena jego przydatności do otrzymywania luminoforu typu halofosforanu wapniowego-praca dyplomowa-Wojciech Faflak, 1984