Тушение люминесценции и виды

Повышение вероятности безызлучательных переходов приводит к тушению люминесценции. Тушение люминесценции зависит как от природы люминесцирующего вещества и его агрегатного состояния, так и от внешних условий.

В кристаллах тушение связано с перепоглощением люминесценции на уровнях центров тушения и перезахватом ими образующихся неравновесных носителей заряда. В ряде случаев наблюдается концентрационное тушение люминесценции, возникающее при увеличении концентрации центров свечения. Причиной его возникновения является то обстоятельство, что при больших концентрациях центров свечения, когда они располагаются близко друг от друга, между ними может возникнуть взаимодействие, в результате которого вероятность излучательного перехода уменьшится. Тушителями люминесценции могут быть некоторые точечные дефекты (некоторые примеси в кристаллах), а также радиационные дефекты. В этом случае тушение связано с перепоглощением люминесценции на уровнях центров тушения и перезахватом ими образующихся неравновесных носителей заряда.

Виды тушения:

1. Температурное тушение. Повышение температуры вызывает уменьшение выходов флуоресценции и фосфоресценции. В частности, в области комнатных температур выход флуоресценции обычно уменьшается на несколько процентов с повышением температуры на 1 ºС. Это связано с тем, что безызлучательная дезактивация электронно-возбужденных состояний осуществляется преимущественно при соударениях излучающих молекул, а частота таких соударений в растворах прямо пропорциональна температуре. Одновременно с уменьшением выхода люминесценции происходит уменьшение длительности свечения.

2. Концентрационное тушение. Эффект концентрационного тушения наблюдается при больших концентрациях люминофора. Обычно он начинает проявляться с некоторой пороговой концентрации c0, при этом имеет место экспоненциальная зависимость выхода люминесценции от концентрации:

где — выход люминесценции при бесконечном разбавлении; — константа. Величина пороговой концентрации c₀ и константа  специфичны для различных веществ. При c £ c₀   = const. Эффект концентрационного тушения обратим: при разбавлении концентрированных растворов выход люминесценции вновь достигает максимального значения, указывая на отсутствие сложных физико-химических превращений молекул люминофоров.

Уменьшение выхода люминесценции с увеличением концентрации люминофора вызвано, с одной стороны, ассоциацией молекул люминофора с образованием нелюминесцирующих агрегатов различного состава (теория молекулярной ассоциации), с другой — передачей энергии от возбужденных молекул к невозбужденным (теория миграции энергии).

Теория молекулярной ассоциации удовлетворительно описывает явление концентрационного тушения в относительно концентрированных растворах. Наличие в растворах люминофоров полимерных агрегатов легко обнаруживается спектроскопическими исследованиями. Рис.1 иллюстрирует изменение спектра поглощения родамина 6Ж в смеси пропилового спирта и четыреххлористого углерода с ростом концентрации красителя. В области малых концентраций (до 10^-6 г/мл), где ассоциация практически не наблюдается, спектр поглощения остается неизменным. При возрастании концентрации красителя интенсивность полосы поглощения мономеров при l =535 нм уменьшается, а интенсивность полосы поглощения димеров при l = 505 нм, напротив, возрастает. Все спектры поглощения пересекаются в изобестической точке с l = 515 нм, свидетельствующей о том, что исследуемые растворы представляют собой бинарную смесь мономеров и димеров. Хотя объединение молекул люминофора в ассоциаты вызывает уменьшение выхода люминесценции, форма спектра люминесценции при этом остается неизменной.

Теория миграции энергии удовлетворительно описывает эффект концентрационного тушения в относительно разбавленных растворах люминофоров. Согласно этой теории, между любыми соседними молекулами люминофора, при наличии перекрывания их спектров поглощения и люминесценции, возникает резонансное взаимодействие, приводящее к безызлучательному переносу энергии от возбужденной молекулы к невозбужденной. Чем сильнее налагаются друг на друга спектры поглощения и люминесценции, тем меньше величина пороговой концентрации c0. Если спектры поглощения и люминесценции не накладываются друг на друга, то концентрационное тушение не наблююдается в широком диапазоне концентраций люминофора. Концентрационное тушение может развиваться вследствие передачи энергии от возбужденных молекул на нелюминесцирующие ассоциаты молекул люминофора.

Рис 1. Спектры поглощения растворов родамина 6Ж

различной концентрации в смеси пропиловый спирт – четыреххлористый углерод:

c, г/мл: 1 – 2,0 × 10^{- 6}; 2 – 1,0 × 10^{- 5}; 3 – 5,0 × 10^{- 5}; 4 – 1,0 × 10^{- 4}; 5 – 5,0 × 10^{- 4}

 

Оба явления — самоассоциация молекул люминофора и передача энергии от возбужденных молекул люминофора к невозбужденным или их ассоциатам — вносят различный вклад в суммарное концентрационное тушение люминесценции. Например, концентрационное тушение родамина 6Ж обусловлено преимущественно образованием нелюминесцирующих димеров, в то время как концентрационное тушение флуоресцеина в основном определяется передачей энергии возбуждения на нелюминесцирующие агрегаты.

3. Тушение посторонними веществами. Выход люминесценции может уменьшаться в присутствии посторонних веществ, называемых тушителями. К наиболее активным тушителям люминесценции относятся: тяжелые анионы и катионы I^–, Br^–, Cs⁺, Cu₂⁺ и др.; парамагнитные ионы и молекулы Mn₂⁺, O₂ и др.; молекулы растворителя. Взаимодействие тушителя с люминофором по своей природе может носить либо химический (статическое тушение), либо физический (динамическое тушение) характер.

4. Механизмы динамического тушения. Процесс динамического тушения может характеризоваться различными механизмами. Ключевой его стадией является образование электронно-возбужденных комплексов столкновения L*…Q либо эксиплексов LQ*. Между комплексами столкновения и эксиплексами существует определенное различие. Компоненты комплекса столкновения удалены друг от друга на расстояние»0,7 нм и более и произвольно ориентированы друг относительно друга. Единственным требованием, обуславливающим образование комплекса столкновения, является максимальное перекрывание орбиталей компонентов комплекса. Эксиплекс является образованием, отвечающим минимуму потенциальной энергии возбужденного состояния и имеющим по этой причине определенную геометрию. В частности, в эксиплексах, содержащих ароматические компоненты, молекулы расположены таким образом, что их плоскости оказываются параллельными.

 

 

Применения люминесценции.

Исследование спектров люминесценции и спектров возбуждения люминесценции является составной частью спектроскопии и даёт информацию об энергетическом спектре веществ. Наряду с обычными задачами спектроскопии при исследовании люминесценции важным является измерение выхода люминесценции.

По поляризации люминесценции можно определить ориентацию и мультипольность испускающих и поглощающих  атомных и молекулярных систем можно получить информацию о процессах передачи энергии между ними

Люминесцентные методы относятся к наиболее важным в физике твёрдого тела. При изучении кристаллофосфоров параллельно сравнивают их люминесценция и проводимость. Биолюминесценция позволяет получать информацию о процессах, происходящих в клетках на молекулярном уровне.

Люминесцирующие вещества являются активной средой лазеров. Яркость люминесценции и её высокий энергетический выход для ряда веществ позволили создать нетепловые источники света (газоразрядные и люминесцентные лампы) с высоким кпд. Яркая люминесценция ряда веществ обусловила развитие метода обнаружения малых количеств примесей и сортировки по их люминесценции и изучение смесей.

Катодолюминесценция лежит в основе свечения экранов осциллографов, телевизоров, локаторов и т. д. Многие полупроводниковые светодиоды основаны на явлении электролюминесценции; в рентгеноскопии используется рентгенолюминесценция. В сцинтилляционных детекторах использована радиолюминесценция. Люминесценция применяется в дефектоскопии, криминалистике, люминесцентными красками окрашивают ткани, дорожные знаки, отбеливают бумагу и т. д.

 

Заключение

В ходе выполнения работы по теме «Люминесценция» был раскрыт ряд определенных вопросов.

Сначала мы узнали, что возникновение люминесценции обусловлено двумя структурными факторами. Возникновению люминесценции вещества благоприятствует защищенность электронных оболочек атома, способного люминесцировать.

Для возникновения люминесценции к полупроводнику подключают внешний источник энергии с целью его перехода в возбужденное состояние, а так же для возникновения люминесценции необходимо перевести частицы исследуемого вещества из нормального в возбужденное состояние и обеспечить его сохранение в течение времени. Узнали, что наиболее простым способом возбуждения люминесценции является освещение люминесцентного вещества ультрафиолетовыми лучами или коротковолновыми лучами видимого света.

Далее мы узнали, что люминесценция разделяется на следующие виды: спонтанная, вынужденная, рекомбинационная, а так же резонансная.

Как и всякое излучение, люминесценция характеризуется спектром и состоянием поляризации.

Способность различных веществ к люминесценции связана с относительной ролью излучательных и безизлучательных переходов из возбужденных состояний в нормальное.

Выход люминесценции - отношение энергии люминесценции квантовой системы к поглощённой ею энергии возбуждения.

Так же знаем, что есть 2 закона затухания: закон внутрицентровой люминесценции и закон рекомбинационной люминесценции.

Существуют следующие виды тушения: температурное, концетранионное, тушение посторонними веществами и динамическое тушение.

Исследование спектров люминесценции и спектров возбуждения люминесценции является составной частью спектроскопии и даёт информацию об энергетическом спектре веществ.

 

Список использованной литературы

 

1. Антонов-Романовский, В. В. «Оптика и спектроскопия» [Текст] / В. В. Романовский. – М.: Изд. «Просвещение», 1957. – 350 с.

2. Степанов, Б. И. «Классификация вторичного свечения» [Текст] / Б. И. Степанов. – М.: Изд. «Вымпел», 1959. – 287 с.

3. Принсгейм, П. Р. «Флюоресценция и фосфоренценция» [Текст] / П. Р. Принсгейм. – Л.: Изд. «Владос», 1951. – 214 с.

4. Левшин, В. Л. «Фотолюминесценция жидких и твердых веществ» [Текст] / В. Л. Левшин. – М.: Изд. «Дрофа», 1951. – 256 с.

5. Москвин, А. В. «Катодолюминесценция» [Текст] / А. В. Москвин. – М.: Изд. «Просвещение», 1949. – 300 с.

6. Акылбаев, Ж. С. «Новые оптические методы исследования тепломас-сопереноса» [Текст] / Ж. С. Акылбаев. – Алма-Ата: Изд. «Гылым», 1995. – 312 с.

7. Большая Cоветская энциклопедия [Электронный ресурс]. – [М.]: Большая Рос. энцикл. [и др.], 2003. – 3 электрон. опт. диска (CD-ROM)/

8. Годжаев, Н. М. «Оптика». [Текст]: Учебн. пособие для вузов. / Н. М. Годжаев. – М.: Изд. «Высш. школа», 1977. – 496 с.

9. Карицкая, С. Г. «Диагностика полей температур и скоростей люминесцентными методами» [Текст]: Дисс. на соискание ученой степени к.ф-м.н. / С. Г. Карицкая. – Изд. МГУ, 1997. – 103 с.

10. Ландсберг, Г. С. «Оптика» [Текст] / Г. С. Ландсберг. – М.: Изд. «Наука», 1976. – 362 с.

11. Линевег, Ф. «Измерение температур в технике» [Текст]: Справочник. Пер. с нем. / Ф. Линевег. – М.: Изд. «Металлургия», 1980. – 320 с.

12. Яворский, Б.М. Детлаф А.А. «Справочник по физике» [Текст] / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. – М.: Изд. «Наука», 1971. – 315 с.

13. Адирович Э.И. Некоторые вопросы люминесценции кристаллов М.Л.:ГИТТЛ. 1951г. 350 с.

14.  Д. Кюри Люминесценция кристаллов — М.:Издательство иностранной литературы. 1961г. 199 с.

15.  Кац М.Л. Люминесценция и электронно- дырочные процессы в фотохимически окрашенных щелочно-галоидных соединениях Саратов:Изд-во Саратовского университета. 1960г. 271 с.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: