fosforesens

Fosforescens er egenskapen til et stoff som skal lyse i mørket etter eksponering for (synlig eller UV) lys . Årsaken til fosforescensen er utstrålende deaktivering av de eksiterte atomer og molekyler. Alkemikere observerte dette fenomenet allerede på 1600-tallet.

Fosforescerende Wikipedia-bokstaver

Differensiering fra fluorescens

Fosforesens og fluorescens er begge former for luminescens (kald glød). Det skilles fra lysoppførselen etter eksitasjon , fluorescensen dør raskt etter slutten av bestrålingen, vanligvis innen en milliontedel av et sekund, mens fosforcens gir en etterglød som kan vare fra brøkdeler av et sekund til timer. Fosforescerende stoffer er også kjent som luminoforer fordi de ser ut til å lagre lys.

fosfor

En "fosforesens" ble først oppdaget som langvarig etterglød i bariumsulfid (Bolognese lysestein ) i 1602 i Bologna av Vincentio Casciorolo . Senere (1669) fant Hennig Brand en lignende effekt i den hvite (svært reaktive) modifiseringen av det kjemiske elementet fosfor (lysbærer) han hadde oppdaget . Siden denne ettergløden er basert på den kjemiske reaksjonen av atmosfærisk oksygen med fosfor, er det imidlertid en kjemiluminescens . Den faktiske fosforescensen beskriver en kvantefysisk effekt i lyseksitasjon.

I det tekniske fagområdet kalles alle materialer som kan glødes av stråling "fosforer". Strengt tatt er dette " lyspigmenter " (eller lysfargestoffer ). For eksempel består det indre belegget av et Braun-rør av dopede sinksulfider, som kan glødes av elektronstråler. Dette indre belegget ble kalt "fosfor" på svart-hvitt-TV .

Forklaring

Til venstre den potensielle kurvrepresentasjonen og til høyre det tilsvarende energiskjemaet for fosforescensen. I jordtilstanden og i den eksiterte singlettilstanden viser det eksiterte elektronet en spinn som er anti-parallell med elektronet, som også er i jordtilstanden. Elektronen i den eksiterte singlettilstanden slapper av ned til det laveste vibrasjonsnivået i den eksiterte singlettilstanden, hvorfra den kommer til den energisk lavere triplettilstanden gjennom en forbudt spinnendring (intersystem crossing (ISC)). Der slapper den av strålingsfri ned til det laveste vibrasjonsnivået, hvorfra den bare kan komme tilbake til bakketilstanden med fornyet sentrifugeringsendring og strålingsemisjon.

Fenomenet fosforescens kan beskrives ved hjelp av kvantefysikk og tilhører gruppen av fotofysiske prosesser : Hvis et fosforescerende stoff bestråles med lys ( fotoner ) med passende bølgelengde, fører absorpsjonen av fotonene til elektronene til fosfor endring til et høyere energinivå ( Quantum sprang ). Denne eksitasjonen fra grunntilstanden til en opphisset tilstand foregår i henhold til reglene for kvantemekanikk ( seleksjonsregler ), ifølge hvilke "tillatte overganger" har stor sannsynlighet og dermed finner sted raskt.

Den begeistrede tilstanden har nå flere muligheter for å frigjøre sin eksitasjonsenergi igjen. Hvis utslippet skjer gjennom utslipp av et lyskvantum av en "tillatt overgang", snakker man om fluorescens . Denne prosessen er kvantemekanisk tillatt, dvs. H. raskt og ikke assosiert med etterglødet som er karakteristisk for fosforescens. I tillegg kan energi i form av vibrasjonsenergi (varme) også frigjøres til miljøet, uten at det oppstår lysutslipp ( intern konvertering med påfølgende vibrasjonsavslapping). Som en tredje mulighet kan en kvantemekanisk "forbudt" endring (se utvelgelsesregel ) til en opphisset tilstand finne sted, som kalles intersystemkryssing . Som et resultat er tilbakevending til grunntilstanden "forbudt" i henhold til utvalgsreglene og foregår derfor sakte. Hvis returen skjer under lysutslipp, snakker man om fosforcens. Den begeistrede tilstanden fungerer som et slags reservoar som bare sakte avfolkes. Dette forklarer egenskapen til fosforcens, sammenlignet med fluorescens, av å være observerbar over (veldig) lange tidsperioder (muligens minutter til timer) ("etterglød"). Som med fluorescens, konkurrerer deaktivering av fosforesens med termisk deaktivering, der energi avgis til miljøet i form av varme (fornyet intersystem som krysser til et vibrasjonsopphisset nivå av bakketilstanden etterfulgt av vibrasjonsavslapping, se fotofysiske prosesser).

Når det gjelder organiske forbindelser, er grunntilstanden vanligvis en singletilstand (alle elektroner er paret). Fosforescens tilsvarer deretter overgangen fra den eksiterte triplettilstanden til singletjordtilstanden. Siden i tilfelle av organiske forbindelser i oppløsning, kan fosforesens bare konkurrere utilstrekkelig med den termiske deaktiveringen, blir fosforesensen vanligvis bare observert ved svært lave temperaturer og i faste stoffer (krystalliserte forbindelser eller innebygd i faste matriser).

Når det gjelder uorganiske forbindelser ( overgangsmetaller , lanthanoider , aktinider ), er det ofte uparrede elektroner, slik at her er situasjonen med hensyn til (spinn) multiplikasjoner mer variert, men den følger de samme utvalgsreglene.

Overgangene og transformasjonene som finner sted i fotofysiske prosesser kan vises tydelig i Jablonski-diagrammet .

Fosforescerende materialer

Fosforescerende materialer er for det meste krystaller med en liten blanding av fremmedlegemer som forstyrrer krystallens gitterstruktur. Vanligvis brukes sulfider av metaller fra den andre gruppen, så vel som sink, og små mengder tungmetallsalter blandes inn (f.eks. Sinksulfid med spor av tungmetallsalter). I det er et eksempel på et Cu-dopet sinksulfidpigment, bølgelengdeområdene til eksitasjonen og strålingen samt etterløpstid. Ved å smelte borsyre med fluorescein kan de dopede fosforescerende krystallstrukturene bringes til å etterglødes ved hjelp av en UV-lyskilde. Europium-dopet strontiumaluminat, som ble utviklet i 1998 og markedsføres under merkevaren Luminova , oppnår lang forbrenningstid .

applikasjoner

Posttjenester

For automatisk behandling av post (sortering, bruk av frimerker) ble forskjellige typer luminescens brukt fra andre halvdel av 1950-tallet . For dette formålet ble grafittstrimler og fosforstrimler på portostempler og fluorescerende striper i tillegg til brevpapir - stempelavtrykk og fosforiserende og fluorescerende papir brukt. Det var første eksempler i Storbritannia fra november 1957 med to grafittstriper trykt på baksiden av stempelet. I Forbundsrepublikken Tyskland solgte postkontorene i Darmstadt-området de første frimerker fra Heuss I og II-serien med fluorescerende papir 1. august 1960 . Ved produksjon av frimerker har fosforescerende stoffer blitt tilsatt papirmassen i flere tiår, eller materialet blir deretter lagdelt. Frimerker bestrålet med UV-lys , gløder da i mørket. Stemplingsmaskiner kan dermed gjenkjenne hvor stemplene som skal avbrytes, sitter fast på brevet og poststemplene blir slått av på rett sted. Med denne metoden kan både unfrankerte brev og postkort sorteres ut og dårlig smidde tokens kan identifiseres.

Sikkerhetsteknologi

I tillegg til fosforescerende tegn brukes fosforescerende maling og selvklebende tape for å markere rømningsveier . Når det gjelder trapper, merkes det første og siste trinnet over hele bredden her. Spesielt i tunneler og ganger som bare brukes som rømningsveier, er dette et økonomisk og betydelig mer feilsikkert alternativ til batteridrevet nødbelysning . Så tidlig som i andre verdenskrig , veggene i mange air raid ble bunkers malt med selvlysende farger for å hindre panikk i den ellers helt mørkt, ofte overfylte bunker rom i tilfelle strømbrudd . En 10-15 cm bred horisontal linje i skulderhøyde var typisk i kjellerkorridoren til skjulet. I dag finnes slike fosforescerende markeringer også ofte i T- banestasjoner.

Signalkarakter og etterglød

Fosforesens kan også brukes godt som signalkarakter . I mange tilfeller er det nødvendig at informasjon også blir gitt i mørket. Fosforescerende materialer brukes til lysende hender og urskiver på klokker og flyinstrumenter, på lysbrytere eller på noen klistremerker (sikkerhetsskilt, dekorative gjenstander (stjerner for barneromstaket), bildeler, PC-er, fiskeutstyr). Fram til 1950-tallet var fosforescerende maling som inneholder radium vanlig for pekere og sifre i klokker og måleinstrumenter .

Veimerking

I Nederland ble veimerking med fosforcerende farger brukt i et pilotprosjekt. Dette bør redusere behovet for gatelys, noe som fører til ytterligere besparelser. Det er for tiden en første 500 meter lang seksjon som ble fullført som et pilotprosjekt nær byen Oss (Nord-Brabant-provinsen).

Andre

Fosforescerende farger er et stilinnslag i psykedelisk kunst .

Spesielle radar bilde rør (for eksempel den B23G3) ble tidligere brukt for fremvisning i radarutstyr . De har en veldig lang etterglødeperiode for å vise mål frem til neste runde av radarantennen.

Opprettelsen av en silhuett av seg selv på en fosforescerende vegg med en elektronisk blits er en attraksjon i noen vitenskapssentre .

weblenker

Individuelle bevis

  1. a b Luminova Glow - Fosforescerende produkter. (PDF) Tavco Chemicals Inc., åpnet 8. februar 2018 (engelsk, produktinformasjon).
  2. a b c Peter Fischer: Fosforstrimler og lignende fenomener. I: DBZ - Deutsche Briefmarken-Zeitung , nr. 3/2011 av 28. januar 2011, side 28
  3. ^ Ludwig Tröndle: Briefmarkenkunde , Orbis Verlag, ISBN 3-572-00595-7 , side 107
  4. Lysende markering erstatter lykter (heise online)
  5. Smart Highway - De intelligente og interaktive veiene i morgen ( Memento of the original fra 20. juli 2014 i Internet Archive ) Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.smarthighway.net
  6. Holland Safety Coating. Hentet 25. mai 2018 (nl-NL).
  7. radioreinhard.de: B23G3 ( Memento av den opprinnelige fra 09.01.2013 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / radioreinhard.de