Sự phát quang - cơ chế và ứng dụng trong các nguồn sáng

Sự phát quang là sự phát quang của một chất xảy ra trong quá trình biến đổi năng lượng mà nó hấp thụ thành bức xạ quang học. Sự phát sáng này không được gây ra trực tiếp bằng cách nung nóng chất.

Cơ chế của hiện tượng liên quan đến thực tế là dưới tác động của nguồn bên trong hoặc bên ngoài, các nguyên tử, phân tử hoặc tinh thể bị kích thích trong một chất, sau đó phát ra photon.

Tùy thuộc vào khoảng thời gian của sự phát quang thu được như vậy, do đó phụ thuộc vào thời gian tồn tại của trạng thái kích thích, người ta phân biệt giữa sự phân rã nhanh chóng và sự phát quang lâu dài. Cái đầu tiên được gọi là huỳnh quang, cái thứ hai là lân quang.

Để một chất có thể phát sáng thì quang phổ của nó phải rời rạc, nghĩa là các mức năng lượng của các nguyên tử phải cách nhau bằng các dải năng lượng bị cấm. Vì lý do này, các kim loại rắn và lỏng có phổ năng lượng liên tục hoàn toàn không phát quang.

Trong kim loại, năng lượng kích thích đơn giản được chuyển đổi liên tục thành nhiệt.Và chỉ trong dải sóng ngắn, kim loại mới có thể phát huỳnh quang tia X, nghĩa là dưới tác dụng của tia X, chúng phát ra tia X thứ cấp.

Cơ chế kích thích phát quang

Có nhiều cơ chế kích thích phát quang khác nhau, theo đó có một số loại phát quang:

• Sự phát quang — bị kích thích bởi ánh sáng trong dải khả kiến ​​và cực tím.

• Hóa phát quang - gây ra bởi một phản ứng hóa học.

• Phát quang âm cực — bị kích thích bởi tia âm cực (electron nhanh).

• Sonoluminescence được kích thích trong chất lỏng bằng sóng siêu âm.

• Sự phát quang - bị kích thích bởi bức xạ ion hóa.

• Sự phát quang ba cực được kích thích bằng cách cọ xát, nghiền nát hoặc tách các chất phốt pho (sự phóng điện giữa các mảnh tích điện), và trong trường hợp này, ánh sáng phóng điện kích thích sự phát quang.

• Phát quang sinh học là sự phát sáng của các sinh vật sống mà chúng đạt được một cách độc lập hoặc với sự giúp đỡ của những người tham gia cộng sinh khác.

• Phát quang điện - được kích thích bởi một dòng điện đi qua một chất phốt pho.

• Candoluminescence là ánh sáng rực rỡ.

• Nhiệt phát quang được kích thích bằng cách nung nóng một chất.

Việc sử dụng phát quang trong các nguồn ánh sáng

Nguồn sáng phát quang là nguồn mà sự phát sáng của nó dựa vào hiện tượng phát quang. Vì vậy, tất cả các đèn phóng điện khí là nguồn bức xạ huỳnh quang và hỗn hợp. Trong đèn phát quang, ánh sáng được tạo ra bởi một chất phốt pho bị kích thích bởi sự phóng điện.

Đèn LED trắng thường dựa trên tinh thể InGaN màu xanh lam và phốt pho màu vàng.Các chất lân quang màu vàng được sử dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất là một biến thể của garnet yttri-nhôm hợp kim với xeri hóa trị ba.

Phổ phát quang của chất lân quang này có bước sóng cực đại đặc trưng trong vùng 545 nm. Phần sóng dài của quang phổ lấn át phần sóng ngắn. Việc biến đổi phốt pho với việc bổ sung gali và gadolinium cho phép dịch chuyển cực đại của quang phổ sang vùng lạnh (gallium) hoặc sang vùng ấm (gadolinium).

Đánh giá theo quang phổ của phốt pho được sử dụng trong đèn LED Cree, ngoài garnet yttri-nhôm, một loại phốt pho có mức phát xạ tối đa chuyển sang vùng màu đỏ được thêm vào phốt pho LED trắng.

so sánh với đèn huỳnh quangPhốt pho được sử dụng trong đèn LED có tuổi thọ cao và sự lão hóa của phốt pho chủ yếu được xác định bởi nhiệt độ. Phốt pho thường được áp dụng trực tiếp vào tinh thể LED, tinh thể này rất nóng. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến phốt pho có ảnh hưởng ít rõ rệt hơn đến tuổi thọ của chúng.

Sự lão hóa của phốt pho không chỉ dẫn đến giảm độ sáng của đèn LED mà còn làm thay đổi sắc thái của ánh sáng thu được. Với sự suy giảm đáng kể của phốt pho, màu xanh lam của sự phát quang trở nên rõ ràng. Điều này là do tính chất thay đổi của phốt pho và thực tế là quang phổ bắt đầu chi phối sự phát xạ bên trong của chip LED. Với sự ra đời của công nghệ lớp phốt pho bị cô lập, ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phân hủy của nó giảm đi.

Các ứng dụng khác của sự phát quang

Photonics chủ yếu sử dụng các bộ chuyển đổi và nguồn sáng dựa trên điện phát quang và phát quang: đèn LED, đèn, laze, lớp phủ phát quang, v.v. — đây chính xác là lĩnh vực mà sự phát quang được sử dụng rất rộng rãi.

Ngoài ra, quang phổ phát quang giúp ích cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu thành phần và cấu trúc của các chất. Các phương pháp phát quang cho phép xác định kích thước, nồng độ và sự phân bố không gian của các hạt nano, cũng như thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích của các hạt mang điện không cân bằng trong các cấu trúc bán dẫn.

Tiếp tục chủ đề này:Máy phát điện phát quang: thiết bị và nguyên tắc hoạt động, loại