Luminescens — mekanisme og anvendelse i lyskilder

Luminescens er luminescensen af ​​et stof, der opstår i processen med at omdanne den energi, der absorberes af det, til optisk stråling. Denne glød er ikke forårsaget direkte af opvarmning af stoffet.

Fænomenets mekanisme er relateret til det faktum, at atomer, molekyler eller krystaller under påvirkning af en intern eller ekstern kilde exciteres i et stof, som derefter udsender fotoner.

Afhængig af varigheden af ​​den således opnåede luminescens, som igen afhænger af den exciterede tilstands levetid, skelnes der mellem hurtigt henfaldende og langvarig luminescens. Den første kaldes fluorescens, den anden er phosphorescens.

For at et stof kan gløde, skal dets spektre være diskrete, det vil sige, at atomernes energiniveauer skal være adskilt fra hinanden af ​​forbudte energibånd. Af denne grund lyser faste og flydende metaller, der har et kontinuerligt energispektrum, slet ikke.

I metaller bliver excitationsenergien simpelthen kontinuerligt omdannet til varme.Og kun i kortbølgeområdet kan metaller opleve røntgenfluorescens, det vil sige under påvirkning af røntgenstråler udsender de sekundære røntgenstråler.

Luminescens excitationsmekanismer

Der er forskellige mekanismer til excitation af luminescens, ifølge hvilke der er flere typer luminescens:

• Fotoluminescens — exciteret af lys i det synlige og ultraviolette område.

• Kemiluminescens — induceret af en kemisk reaktion.

• Katodoluminescens — exciteret af katodestråler (hurtige elektroner).

• Sonoluminescens exciteres i en væske af en ultralydsbølge.

• Radioluminescens — exciteret af ioniserende stråling.

• Triboluminescens exciteres ved at gnide, knuse eller adskille fosfor (elektriske udladninger mellem ladede fragmenter), og i dette tilfælde exciterer udladningslyset fotoluminescens.

• Bioluminescens er gløden fra levende organismer, opnået af dem uafhængigt eller ved hjælp af andre deltagere i symbiose.

• Elektroluminescens — exciteret af en elektrisk strøm, der passerer gennem en fosfor.

• Candoluminescens er en lysende glød.

• Termoluminescens exciteres ved at opvarme et stof.

Brugen af ​​luminescens i lyskilder

Luminescerende lyskilder er dem, hvis glød er baseret på fænomenet luminescens. Så alle gasudladningslamper er fluorescerende og blandede strålingskilder. I fotoluminescerende lamper skabes gløden af ​​en phosphor, der exciteres af udsendelsen af ​​en elektrisk udladning.

Hvide LED'er er normalt baseret på blå InGaN krystal og gul fosfor.De gule fosfor, der bruges af de fleste producenter, er en modifikation af yttrium-aluminium granat legeret med trivalent cerium.

Luminescensspektret af denne fosfor har en karakteristisk maksimal bølgelængde i området 545 nm. Langbølgedelen af ​​spektret dominerer kortbølgedelen. Ændring af fosforen med tilsætning af gallium og gadolinium gør det muligt at flytte det maksimale af spektret til det kolde område (gallium) eller til det varme område (gadolinium).

At dømme efter spektret af den fosfor, der bruges i Cree LED'er, tilføjes der ud over yttrium-aluminium granat en fosfor med en maksimal emission flyttet til det røde område til den hvide LED-fosfor.

Sammenlignet med med lysstofrørDen fosfor, der bruges i LED'er, har en lang levetid, og ældningen af ​​fosforen bestemmes hovedsageligt af temperaturen. Fosforen påføres normalt direkte på LED-krystallen, som bliver meget varm. Andre faktorer, der påvirker fosfor, har en mindre udtalt effekt på deres levetid.

Aldringen af ​​fosfor fører ikke kun til et fald i lysstyrken af ​​LED'en, men også til en ændring i skyggen af ​​det resulterende lys. Med betydelig forringelse af fosforet bliver den blå nuance af luminescensen tydeligt synlig. Dette skyldes fosforens skiftende egenskaber og det faktum, at spektret begynder at dominere den interne emission af LED-chippen. Med introduktionen af ​​teknologien til det isolerede lag af fosfor falder temperaturens indflydelse på hastigheden af ​​dens nedbrydning.

Andre anvendelser af luminescens

Photonics bruger hovedsageligt konvertere og lyskilder baseret på elektroluminescens og fotoluminescens: LED'er, lamper, lasere, luminescerende belægninger mv. — dette er netop det område, hvor luminescens bruges meget bredt.

Derudover hjælper luminescensspektre videnskabsmænd med at studere sammensætningen og strukturen af ​​stoffer. Luminescensmetoder gør det muligt at bestemme størrelsen, koncentrationen og den rumlige fordeling af nanopartikler samt levetiden af ​​exciterede tilstande af ikke-ligevægtsladningsbærere i halvlederstrukturer.

Fortsætter denne tråd:Elektroluminescerende emittere: enhed og funktionsprincip, typer