Просмотр кода страницы Фосфоресценция

'''Фосфоресценция''' — это особый тип [[фотолюминесценция|фотолюминесценции]]. 

[[Файл:Phosphorescent.jpg|thumb|250px|Фосфоресцентный порошок оксида силиката-алюмината стронция, легированный европием (голубой пигмент) в видимом свете, при облучении ультрафиолетом и в полной темноте (отсутствии внешнего источника излучения).]]

В отличие от флуоресцентного, фосфоресцентное вещество излучает поглощённую энергию не сразу. Большее время реэмиссии связано с «запрещёнными» энергетическими переходами в [[квантовая механика|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 [[радиоактивность|радиоактивности]] ([[1896 год]]).

[[Файл:PSM V04 D325 Becquerel phosphoroscope.jpg|мини|Фосфороскоп]]

== Механизмы фосфоресценции ==
Говоря простым языком, в отличие от [[флуоресценция|флуоресценции]], фосфоресценция — это процесс, в котором энергия, поглощённая веществом, высвобождается в виде света относительно медленно. 

=== Фосфоресценция кристаллов ===
Люминесценция [[кристалл|кристаллов]] зависит от наличия в них примесей, энергетические уровни которых могут служить уровнями поглощения, промежуточными или излучательными уровнями. Роль этих уровней могут выполнять также [[зонная теория|энергетические зоны]] (валентная и проводимости). Кристаллы, обладающие способностью к люминесценции, называются [[кристаллофосфор|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 [[дефекты кристалла|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 ===

Фосфоресценция органических молекул связана с запрещёнными переходами между энергетическими уровнями разной [[мультиплетность|мультиплетности]]. Электронные переходы в молекулах удобно описывать с помощью диаграммы [[Яблонский, Александр (физик)|Яблонского]]. При поглощении энергии молекула переходит из основного синглетного состояния S<sub>0</sub> в возбуждённое синглетное S<sub>1</sub>. 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 [[йод|йода]], которые позволяют молекулам [[эритрозин|эритрозина]] легко переходить из возбуждённого синглетного состояния S<sub>1</sub> в возбуждённое триплетное T<sub>1</sub>. Такой переход называют [[Интеркомбинационная конверсия|интеркомбинационной конверсией]]. Находясь в T<sub>1</sub>-состоянии, молекулы уже не могут быстро вернуться в основное состояние S<sub>0</sub>, так как такой переход запрещён, поэтому свечение, обусловленное такими переходами, достаточно продолжительное — несколько микросекунд и дольше. Так как уровень T<sub>1</sub> обладает меньшей энергией, чем S<sub>1</sub>, фосфоресценция (в отличие от флуоресценции) всегда смещена в длинноволновую область.
[[Файл:Fluorescence - phosphorescence, diagram.svg|мини]]
: <math>S_0 + h\nu \to S_1 \to T_1 \to S_0 + h\nu^\prime</math>
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<sup>−2</sup>—10<sup>−6</sup> с, в отличие от [[флуоресценция|флуоресценции]], для которой время жизни возбужденного состояния составляет 10<sup>−7</sup>—10<sup>−8</sup> с.

Возможна и ситуация, когда молекула из T<sub>1</sub>-состояния переходит обратно в S<sub>1</sub>-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 ==
Некоторые из «светящихся в темноте» материалов светятся не из-за того, что они фосфоресцентны. Например, «[[Химический источник света|светящиеся палочки]]» светятся за счет [[хемилюминесценция|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 [[флюорофор|флюорофором]]), которая затем флуоресцирует, переходя в основное состояние.

Любопытно, что хорошо известное свечение [[Фосфор#Белый фосфор|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 [[Радиолюминесценция|радиолюминесценцией]] — свечением люминофора под воздействием [[Радиоактивные изотопы|радиоактивных изотопов]], которые применялись (и [[Тритиевая подсветка|продолжают применяться]]) в военной технике прежних лет для нанесения светящегося в темноте покрытия на [[циферблат]]ы и стрелки часов, шкалы и стрелки приборов, а также при изготовлении сувениров и т. п. В отличие от фосфоресценции, свечение при радиолюминесценции не угасает в темноте.

== Фосфоресцентные материалы ==
{{кратное изображение
 | зона           = 
 | направление    = horizontal
 | подпись        = Разные цвета фосфоресценции в темноте у разных веществ
 | зона_подписи   = center
 | фон_подписи    = 
 | ширина         = 
 | изобр1         = Phosphorescent pigments 1 min.jpg
 | ширина1        = 250
 | подпись1       = 
 | изобр2         = Phosphorescent pigment blue dark.JPG
 | ширина2        = 138
 | подпись2       = 
 | изобр3         = Phosphorescent pigment red dark.JPG
 | ширина3        = 148
 | подпись3       = 
}}
Наиболее распространёнными фосфоресцентными материалами являются [[сульфид цинка]] и [[алюминат стронция]]{{Нет АИ|30|05|2018}}. Сульфид цинка применялся ещё в {{десятилетие|193||х}} годах. Сейчас в основном используются пигменты на основе алюмината стронция (торговые марки Super-LumiNova<ref>{{Cite web |url=http://www.rctritec.com/index.php?id=13 |title=RC TRITEC Super-LumiNova |access-date=2008-11-24 |archive-date=2018-07-05 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180705062724/http://www.rctritec.com/index.php?id=13 |deadlink=no }}</ref><ref>[http://www.nemoto.co.jp/en/products/luminova/index.html Nemoto & Co., Ltd LumiNova] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080517010332/http://www.nemoto.co.jp/en/products/luminova/index.html |date=2008-05-17 }}</ref> и NoctiLumina<ref>{{Cite web |url=http://www.noctilumina.com/ |title=NoctiLumina company website |access-date=2008-11-24 |archive-date=2017-12-26 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171226113123/http://www.noctilumina.com/ |deadlink=no }}</ref>), поскольку они светятся примерно в десять раз ярче сульфидно-цинковых и обладают длительностью послесвечения до нескольких часов (против примерно получаса у сульфида цинка).

== Применение ==
[[Файл:Phosphorescence.jpg|thumb|250px|Советский фосфоресцирующий полимерный орёл]]
[[File:C3 lume on a Rolex Submariner date style Watchdives WD680Q homage watch.jpg|мини|часы Rolex светящиеся в темноте]]
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 [[циферблат]]ы 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), например компасы.

Фосфоресцирующие пигменты также иногда применяют для раскраски [[Ёлочные украшения|ёлочных игрушек]] и нанесения на одежду изображений, светящихся в темноте, а также для изготовления различных декоративных изделий, красок, наклеек, применялись для статуэток и электрических  выключателей.

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

<!-- == Направления исследований ==
With luminiscent [[microsphere]]s now is possible to manufacture plastics that will glow as bright as a 40 watt light bulb for well over a decade. It can be combined with [[thin-film cell]] to generate electricity<ref>http://www.glopaint.com/</ref><ref>http://peswiki.com/index.php/Directory:MPK_Co's_Litroenergy</ref>. This research is the winner of the Grand Prize in the [[NASA]]´s «[[Create the Future Design Contest]]»<ref>http://www.createthefuturecontest.com/</ref> 2007<ref>http://www.createthefuturecontest.com/pages/view/entriesdetail.html?previous=1&entryID=567</ref><ref>http://www.techbriefs.com/content/view/2731/36/</ref>.-->

== См. также ==
* [[Люминесценция]]
* [[Флуоресценция]]
* [[Биолюминесценция]]
* [[Сонолюминесценция]]
* [[Электролюминесценция]]
* [[Хемилюминесценция]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{Из БСЭ|заглавие=Фосфоресценция}}
* {{ВТ-ЭСБЕ|Фосфоресценция}}
* {{ВТ-ЭСБЕ|Болонский фосфор}}
* {{ВТ-ЭСБЕ|Светящиеся краски}}

== Ссылки ==
{{Родственные проекты
 |Тема         = Фосфоресценция
 |Викицитатник = Фосфоресценция
 |Викисклад    = Category:Phosphorescence
 |Викитека     = ЭСБЕ/Фосфоресценция
 |Викисловарь  = фосфоресценция
}}
* [https://www.youtube.com/watch?v=Rd0jOSneADQ Фосфо́рный орёл] (видео)
* [http://scienceworld.wolfram.com/physics/Phosphorescence.html Phosphorescence on Scienceworld]
* [http://www.crtsite.com/ The Cathode Ray Tube site]
* [http://www.noxton.net/ Luminosity in real life]
* [http://www.kronometric.org/article/lume/index.html LUMINOSITY IN WATCHES]

{{Внешние ссылки}}
{{rq|ref}}

[[Категория:люминесценция]]
[[Категория:Фосфор]]