Nashidvery.ru

Наши Двери
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему лазерный свет не влияет на светящиеся материалы

Почему лазерный свет не влияет на светящиеся материалы?

У меня есть этот детский резиновый шарик, который светится в темноте после того, как подвергается воздействию света. Я «заряжаю» его фонариком, а потом играю со своими собаками по ночам. Я подумал попробовать очень интенсивный зеленый лазер и посмотреть, как отреагирует мяч.

Свет лазера не влиял на способность шариков светиться. Так что мне интересно, почему лазерное излучение не позволяет светящимся материалам (может быть, не то слово) светиться?

РЕДАКТИРОВАТЬ В ответ на ответ.

Поэтому я попробовал небольшую модификацию. Я пытался возбудить мяч тремя разными источниками света; «суперяркий» красный светодиод, очень очень «суперяркий» белый светодиод и синий светодиод неизвестных спецификаций (без упаковки, дно моего комплекта). Я держал мяч на каждом источнике света (с одинаковым током) в течение примерно одинакового времени и сравнивал результаты. Красный светодиод не имел никакого эффекта. Белый имел некоторый эффект, достаточно тусклый, чтобы видеть при нормальном освещении комнаты. Синий светодиод имел значительный эффект, вызывая яркое свечение. Это было интересно, поскольку синий светодиод был наименее ярким визуально. Уу наука!

Джон Ренни

Андрей

Джон Ренни

Шар, вероятно, светится, потому что в нем есть алюминат стронция , который излучает свет при помощи фосфоресценции . Для фосфоресценции характерно то, что излучение света достаточно долгое. Это происходит потому, что при освещении люминофора свет переводит его в возбужденное состояние, которое впоследствии распадается в результате взаимодействия с твердой решеткой в ​​долгоживущее метастабильное состояние. Именно это метастабильное состояние медленно распадается и излучает свет при этом.

Из-за этого механизма излучаемый свет всегда имеет большую длину волны / меньшую энергию, чем свет, необходимый для возбуждения люминофора. Вы не говорите, какого цвета свет излучает шар, но если он использует алюминат стронция, он будет слегка голубовато-зеленого цвета. Свет, необходимый для возбуждения, должен быть синее, чем свет, который он излучает, и именно поэтому ваш зеленый лазер не заставит шарик светиться. У него слишком длинная длина волны.

Белый свет от факела не будет содержать столько синего света (если у него нет ксеноновой лампы), но зеленый лазер вообще не будет иметь никакого синего света, потому что, очевидно, лазеры являются монохроматическими.

Также возможно, что шар содержит сульфид цинка . Это не такой хороший люминофор, как алюминат стронция, но он намного дешевле. Если шарик содержит сульфид цинка, то ситуация немного более запутанная, поскольку цвет фосфоресценции определяется добавками металлов, таких как серебро и медь. Тем не менее, основной принцип все еще применяется, что свет, необходимый для возбуждения люминофора, должен быть ближе к синему концу спектра, чем излучаемый свет.

В любом случае, спасибо (и +1 🙂 за интересный вопрос, и я хотел бы дать вам еще +1 за проведение эксперимента с лазером. Если у вас есть какое-то время на руках, посмотрите, сможете ли вы найти какие-нибудь цветные гели и попробуйте направить свой факел на шар через гели. Вы должны обнаружить, что красный гель не будет вызывать никакого свечения, в то время как синий гель будет, и в какой-то момент в спектре будет цвет, с которого начинается свечение.

Читайте так же:
Беспроводные выключатели уличного освещения

Фосфоресценция

Фосфоресценция — это особый тип фотолюминесценции. В отличие от флуоресцентного, фосфоресцентное вещество излучает поглощённую энергию не сразу. Большее время реэмиссии связано с «запрещёнными» энергетическими переходами в квантовой механике. Поскольку такие переходы в обычных материалах наблюдаются редко, реэмиссия поглощенного излучения проходит с более низкой интенсивностью и в течение длительного времени (до нескольких часов).

Изучение фосфоресцентных веществ началось примерно со времени открытия радиоактивности (1896 год).

Содержание

Механизмы фосфоресценции [ править | править код ]

Говоря простым языком, в отличие от флуоресценции, фосфоресценция — это процесс, в котором энергия, поглощённая веществом, высвобождается в виде света относительно медленно.

Фосфоресценция кристаллов [ править | править код ]

Люминесценция кристаллов зависит от наличия в них примесей, энергетические уровни которых могут служить уровнями поглощения, промежуточными или излучательными уровнями. Роль этих уровней могут выполнять также энергетические зоны (валентная и проводимости). Кристаллы, обладающие способностью к люминесценции, называются кристаллофосфорами. Возбуждение светом, электрическим током или пучком частиц создаёт в них свободные электроны, дырки и экситоны. Они могут захватываться ловушками — атомами примесей — или оседать на дефектах кристаллической решётки. В этом случае рекомбинация (а значит, и свечение) электронов и дырок наступают не мгновенно, а спустя достаточно длительное время, что будет соответствовать длительности фосфоресценции. Для ускорения освобождения электронов из ловушек можно приложить дополнительную энергию, например, использовать нагрев. Примеси и дефекты кристаллической решетки выступают также и в роли гасителя люминесценции, «забирая» у электронов энергию возбуждения.

Фосфоресценция органических молекул [ править | править код ]

Фосфоресценция органических молекул связана с запрещёнными переходами между энергетическими уровнями разной мультиплетности. Электронные переходы в молекулах удобно описывать с помощью диаграммы Яблонского. При поглощении энергии молекула переходит из основного синглетного состояния S в возбуждённое синглетное S1. В таком возбуждённом состоянии молекула может пребывать порядка нескольких наносекунд, а затем сразу же освобождается от лишней энергии, которая либо уходит в тепло, либо испускается в виде света — так называемая быстрая флуоресценция.

Но у некоторых молекул запрет между переходами разной мультиплетности частично снимается за счёт наличия в них тяжелых атомов, например, атомов йода, которые позволяют молекулам эритрозина легко переходить из возбуждённого синглетного состояния S1 в возбуждённое триплетное T1. Такой переход называют интеркомбинационной конверсией. Находясь в T1-состоянии, молекулы уже не могут быстро вернуться в основное состояние S, так как такой переход запрещён, поэтому свечение, обусловленное такими переходами, достаточно продолжительное — несколько микросекунд и дольше. Так как уровень T1 обладает меньшей энергией, чем S1, фосфоресценция (в отличие от флуоресценции) всегда смещена в длинноволновую область.

Читайте так же:
Выключатель плавного выключения света

где S — синглетное состояние, T — триплетное состояние, индексы обозначают наличие возбуждения (0 — для основного, 1 — для возбуждённого состояния). Поскольку синглет-триплетные переходы имеют квантово-механический запрет, время жизни возбуждённого состояния при фосфоресценции составляет порядка 10 −2 —10 −4 с, в отличие от флуоресценции, для которой время жизни возбужденного состояния составляет 10 −7 —10 −8 с.

Возможна и ситуация, когда молекула из T1-состояния переходит обратно в S1-состояние, получив дополнительную энергию за счёт нагрева, либо прореагировав с другими молекулами. Тогда будет наблюдаться флуоресценция, но с продолжительностью свечения фосфоресценции. Такое свечение называют замедленной (длительной) флуоресценцией, и оно фосфоресценцией, несмотря на критерий длительности, не считается.

Отличия от других видов люминесценции [ править | править код ]

Некоторые из «светящихся в темноте» материалов светятся не из-за того, что они фосфоресцентны. Например, «светящиеся палочки» светятся за счет хемилюминесцентного процесса, который иногда ошибочно принимают за фосфоресценцию. В хемилюминесценции вещество переходит в возбужденное состояние за счет химической реакции (а не за счет поглощения света как в фосфоресценции). Энергия возбужденного состояния передается затем молекуле красителя, называемого (сенсибилизатором или флюорофором), которая затем флуоресцирует, переходя в основное состояние.

Любопытно, что хорошо известное свечение белого фосфора при контакте с воздухом, давшее название самому явлению фосфоресценции, также является не фосфоресценцией, а хемилюминесценцией, сопровождающей процесс окисления фосфора.

Не следует также путать фосфоресценцию с радиолюминесценцией — свечением люминофора под воздействием радиоактивных изотопов, которые применялись (и продолжают применяться) в военной технике прежних лет для нанесения светящегося в темноте покрытия на циферблаты и стрелки часов, шкалы и стрелки приборов, а также при изготовлении сувениров и т. п.

Фосфоресцентные материалы [ править | править код ]

Наиболее распространёнными фосфоресцентными материалами являются сульфид цинка и алюминат стронция [ источник не указан 1276 дней ] . Сульфид цинка применялся ещё в 1930-х годах. Сейчас в основном используются пигменты на основе алюмината стронция (торговые марки Super-LumiNova [1] [2] и NoctiLumina [3] ), поскольку они светятся примерно в десять раз ярче сульфидно-цинковых и обладают длительностью послесвечения до нескольких часов (против примерно получаса у сульфида цинка).

Применение [ править | править код ]

Главная сфера применения фосфоресцентных материалов — изделия для использования в чрезвычайных ситуациях (аварийные указатели выхода, маркировка направления движения и т. д.), продолжающие светиться после отключения электроэнергии. Фосфоресцентные материалы нередко наносят на циферблаты и стрелки часов, шкалы и стрелки приборов, что позволяет считывать их показания в темноте (но лишь до тех пор, разумеется, пока накопленная люминофором энергия не иссякнет).

Читайте так же:
Выключатель света салонного рено

Фосфоресцирующие пигменты также иногда применяют для раскраски ёлочных игрушек и нанесения на одежду изображений, светящихся в темноте, а также для изготовления различных декоративных изделий, красок, наклеек и т. д.

В астрономии фосфоресценция используется для регистрации космического ИК излучения, так как инфракрасное излучение резко сокращает время послесвечения фосфоресцирующих люминофоров.

Новости

Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.

Музей «Лунариум» временно закрыт

+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1

Элементы: Светоносный фосфор

Фосфор был открыт случайно немецким алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Бранд, как и многие его коллеги тех времён, пытался получить т.н. великий эликсир – некий реактив, необходимый для превращения обычных металлов в золото. Бранд полагал, что золото можно выделить из мочи. Его предположения основывались на сходстве цветов золота и исходного вещества. Испаряя биологическую жидкость и нагревая сухой остаток до красного каления, над осадком поднимались светящиеся пары белого вещества, которое ярко горело и светилось в темноте. Бранд сначала назвал это вещество «холодный огонь», потом — «чудотворный носитель света» (лат. phosphorus mirabilis ). Позднее укрепилось название «фосфор», от греческих слов «φώς» — свет и «φέρω» — несу. Фосфор стал первым элементом, открытым со времён античности.

В Таблице Менделеева фосфор имеет атомный номер 15 и обозначается символом Р (от Phosphorus). Это многоликий элемент и в разных условиях он ведет себя по-разному. Его многоликость связана со способностью находиться в нескольких аллотропных (от др.-греч. ἄλλος – другой) модификациях.

В настоящее время известно 11 аллотропных состояний фосфора, из которых четыре — основные и наиболее хорошо изучены: белый, красный, желтый, чёрный. Белый фосфор ядовит, светится в темноте, способен самовоспламеняться, диэлектрик. Именно эту разновидность открыл Бранд в 17 веке. Красный фосфор не ядовит, не светится в темноте, сам по себе не воспламеняется. Чёрный фосфор химически инертен, хорошо проводит электрический ток. Жёлтый фосфор – сильно ядовитое огнеопасное кристаллическое вещество, не растворимое в воде — от светло-жёлтого до тёмно-бурого цвета.

Открытие фосфора Хеннигом Брандом. Картина британского живописца Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» ,1771 год..jpg
Открытие фосфора Хеннигом Брандом. Картина британского живописца Джозефа Райта «Алхимик, открывающий фосфор» ,1771 год.

Аллотропные модификации фосфора белый, красный, жёлтый, чёрный..jpg
Аллотропные модификации фосфора: белый, красный, жёлтый, чёрный.

В свободном состоянии в природе фосфор не встречается. Он входит в состав 180 различных минералов, главными из которых являются апатит Ca5(PO4)3 (F,Cl,OH) и его разновидности. Важнейшим сырьём для производства минеральных удобрений являются т.н. фосфориты – осадочные горные породы, состоящие более чем на 50% из фосфатных минералов.

Кристаллы апатита (до 10см). Месторождение Слюдянка, Восточная Сибирь..jpg
Кристаллы апатита (до 10см). Месторождение Слюдянка, Восточная Сибирь.

Читайте так же:
Допустимые токи кабеля 120 квадрат алюминиевый

Содержание фосфора в земной коре составляет 0,1 % по массе. Это двенадцатый по распространённости элемент на Земле, и довольно распространённый элемент Солнечной системы. Он типичен для каменных и железо-каменных метеоритов, где его концентрации достигают 0,9 % по массе. В лунном грунте его содержания составляют 0,02-0,3%.

По разведанным запасам фосфатов Россия занимает четвёртое место в мире после США, Марокко и Китая. Основной источник фосфорного сырья в России – Кольский полуостров, где в пределах Хибинского массива разведано 10 крупных месторождений апатито-нефелиновых руд.

Светящиеся украшения — Обзор направления

Благородный металл или драгоценный камень могут лишь отражать попадающий на них свет. Конечно, у каждого из материалов своя степень преломления, они могут обладать различными оптическими эффектами типа астеризма как у опалов, но ни один не может быть сам источником света. Пожалуй, за исключением фосфора и других флуоресцентных элементов, но это немного другая физика процесса, да и свечение ярким и долгим не назовешь.

Ювелиры долгое время ломали себе голову, как сделать украшение, которое могло бы само излучать свет. Сразу оговоримся, и сегодня подобные техники изготовления находятся еще только в начале пути, но первые шаги сделаны. И все это стало возможно, благодаря развитию микроэлектроники.

Чтобы украшение светилось, в нем должен быть какой-то источник света. Таким источником света может являться светодиод. Это такой радиоэлемент, который при прохождении через него электрического тока светится. Теоретически все понятно, но на практике ювелир, попытавшийся сделать подобное украшение, сталкивается сразу с несколькими проблемами. Первая – это размеры самого светодиода. Они должны быть очень миниатюрны. Но недавно такие элементы появились благодаря технологии SMD или как ее еще называют "крупинка сахара". Минимальный размер светящегося элемента не превышает 1 х 1 мм.

Второй вопрос – это источник электроэнергии. Самый маленький размер аккумуляторной батареи, выпускаемой промышленно – около 4,5 мм. Можно применить и его. Но далеко не всегда это позволяет дизайн украшения, да и замена источника питания должна хоть как-то предусматриваться. Наиболее перспективное направление развития – это использование энергоинверсии, т.е. преобразования одного вида энергии (окисления) в другую (электроток). Для этого в изделие закладываются так называемые гальванопары, т.е. два элемента, между которыми возникает химическая реакция и затем ЭДС (ток).

Одной из попыток реализовать технологию свечения с использованием аккумуляторов является коллекция светящихся сережек одного из российских ювелиров. Слоганом этих изделий можно предложить что-то типа «Зажги этот мир!».

Сережки действительно умеют светиться в темноте. Принцип гораздо прост и в тоже время достаточно оригинален. Вместо камней в изделии использовались разноцветные светодиоды. Питание осуществляется за счет обычного миниатюрного аккумулятора «таблетки». Конечно, дизайнерам пришлось продумать форму таким образом, чтобы была возможность не только разместить батарейку и выключатель, но и дать возможность менять их. Средняя продолжительность работы на одном заряде – порядка 40 часов. Недолго, но на несколько торжественных событий или дискотек вполне хватит. Правда, есть еще проблема теплового нагревания сережек при длительной работе, но обжечься об них нельзя.

Читайте так же:
Как подписать выключатели освещения

Гораздо более интересным выглядит будущий концепт светящейся ювелирки от российского бренда «Алхимия» (компания «Алхимия», содружество молодых и талантливых ювелиров и архитекторов из МАРХИ). Концепт назвали «Тесла». Для его изготовления понадобятся так популярные сегодня нанотехнологии, но ничего сложного в этом нет. В качестве светящихся элементов используются миниатюрные OLED-дисплеи. Питание они получают за счет аккумуляторов, но аккумуляторы не меняются, а постоянно подзаряжаются за счет механических движений рук. В коллекцию «Тесла» вошли пока только кольца. Человек, нося украшение на руке, постоянно совершает какие-то движения. В ювелирном украшении установлен небольшой генератор, преобразующий за счет гироскопа механическую энергию в электродвижущую силу. А ЭДС и подзаряжает аккумуляторы. Такой принцип уже сегодня широко используется при подзарядке аккумуляторов в ручных часах. Но, в случае с украшениями размеры «начинки» значительно уменьшаются. Вот тут и будут полезны нанотехнологии.

Еще одним направлением светящихся ювелирных украшений можно назвать проецирующие украшения. Принцип действия – как в обычном проекторе. Внутри украшения имеется источник (опять так светодиод), который излучает различный по спектральному составу свет. Свет проходит через орнаментальные узоры на украшении и на теле появляются оригинальные световые картины. По этому принципу была создана коллекция ювелирных украшений "Aurora" корейским дизайнером Кеок Ким.

Сами изделия изготовлены из меди с напылением слоя белого золота. Для питания светодиодов опять-таки применяются обычные аккумулятора, которые необходимо периодически менять. Спектральный состав подобран таким образом, чтобы имитировать цветовую гамму различных драгоценных камней: граната, хризолита, аквамарина и цитрина. Правда, эффектно свечение смотрится только на обнаженных участках кожи. При попадании на одежду свет поглощается.

Говоря о светящихся украшениях, мы уже упомянули о флуоресцентном методе свечения. Для этого используются светонакопительные материалы. При этом основным видом материала, из которого изготавливается украшение, являются стекло, глина и различные полимеры. В них имеются присадки из ионов серебра, которые и дают флуоресцентный эффект. Такие изделия правильнее было бы называть светящаяся бижутерия, но, возможно, скоро ювелиры научатся применять данные эффекты и при работе с благородными металлами.

светящаяся бижутерия - кольцо из светонакопительного стекла

Пока техника создания светящихся украшений – это более эксперименты, чем практика. Но прогресс не стоит на месте. Не за горами те времена, когда наши украшения будут сиять как новогодние елки, и это будет вполне привычно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector