פוספורסצנציה
פוספורסצנציה היא סוג של פוטולומינציה שדומה לפלואורסצנציה. פוספורסצנציה היא תופעה שבה חומר מקבל אור או קרינה ופולט אותה מחדש בצורה איטית, בניגוד לפלואורסצנציה. הסיבה לכך היא מעברי האנרגיה ה"אסורה" במכניקת קוונטים. בחומרים מסוימים המעברים האלו מתרחשים באיטיות רבה ולכן האור או הקרינה נפלטים בעוצמה נמוכה יותר למשך כמה שעות.
שימוש בפוספורסצנציה
דוגמאות לשימושים יומיומיים של פוספורסצנציה הם צעצועים שזוהרים בחושך, סטיקרים, צבע ואור של שעוני יד, ואת כולם אפשר "להטעין" על ידי חשיפה לאור השמש. [1]
היסטוריה
הגילוי של פוספורסצנציה התרחש בשנת 1604 על ידי איש בשם וינצ'נזו צ'סיארולו שראה אבן שפלטה אור לכאורה בכוחות עצמה ואחרי שחימם אותה בכבשן עשיר בחמצן היא פלטה את אור השמש שספגה והאירה בחושך. חקר הפוספורסצנציה הוביל לגילוי הרדיואקטיביות בשנת 1896.
הסבר התהליך
במובנים פשוטים, פוספורסצנציה היא תהליך שבו אנרגיה נספגת בחומר ונפלטת ממנו באיטיות בצורת אור. זאת לפעמים השיטה שבה מייצרים חפצים שזוהרים בחושך, ש"נטענים" באמצעות חשיפה לאור. שלא כמו התגובות המהירות בפלואורנסציה, כמו אלה שאנחנו רואים בנורות פלואורסצנט, חפצי פוספורסצנציה מאחסנים אנרגיה למשך זמן ארוך יותר, בשל כך שהתהליכים הנחוצים לפליטת אור קורים לעיתים רחוקות יותר.
מכניקה קוונטית
ברוב המקרים של פוטולומינציה, שבהם מצע כימי מקבל ואחר כך פולט פוטון של אור, התהליך מתבצע מהר, בזמן של כ-10 ננו-שניות. קליטת האור ופליטתו מתרחשות מהר מאוד במקרים שבהם האנרגיה של הפוטונים מתאימה למצבי האנרגיה בחומר ומאפשרת מעברים של המצע. במקרה המיוחד של פוספורסצנציה, האלקטרון שקיבל את הפוטון הוא עובר מעבר בין מערכות ממצב של סינגלט, לתוך מצב אנרגיה של ספין יותר גבוה, בדרך כלל במצב טריפלט. כתוצאה מכך, האלקטרון ה"נלהב" נלכד במצב טריפלט, והוא רק יכול לבצע מעברים "אסורים" כדי לחזור למצב סינגלט. המעברים הללו, למרות שהם "אסורים", יכולים לקרות במכניקה קוונטית אבל הם לא רצויים מבחינה קינטית ולכן התהליך יקרה בזמן הרבה יותר ארוך. תרכובות זרחן הן פולטים מהירים יחסית, עם מצב טריפלט בסדר גודל של אלפיות השנייה. למרות זאת, לחלק מהתרכובות יש מצב טריפלט ובסדר גודל של דקות ואפילו שעות, מה שמאפשר לחומרים לאחסן ביעילות אנרגיית אור בצורת ירידה איטית מאוד מהמצב ה"נלהב" של האלקטרון. אם התוחלת של הפוספורסצנציה גבוהה, החומר ישחרר כמויות גדולות של אור למשך זמן ארוך, מה שמאפשר לחפצים לזהור בחושך.
משוואת הפקת האור
's0+hν→s1→t1→s0+hν
כאשר S הוא סינגלט ו-T הוא טריפלט שהמספרים הקטנים לידו מציינים מצבים(0-מצב רגיל,1-מצב "נלהב"). מעברים יכולים לקרות גם במצבי אנרגיה גבוהים יותר, אבל המצב ה"נלהב" הראשון מצוין כדי שיהיה פשוט.
כימילומינסנציה
יש הרבה דברים שזוהרים בחושך והם לא מאירים בגלל פוספורסצנציה. לדוגמה, מקל זוהר(סטיקלייט), מאיר בשל תהליך כימילומינצנטרי הנקרא פלואורסצנציה שפעמים רבות מחשיבים אותו בטעות לפוספורסצנציה. בכימילומינסנציה, מצב "נלהב נוצר באמצעות תגובה כימית. פליטת האור "מוצאת, את התהליך הקינטי בבסיס התגובה הכימית. המצב ה"נלהב" ישתנה לתרכובת פלואורסצנטית וכתוצאה מכך יחזור למצב הרגיל.
חומרים המשמשים לפוספורסצנציה
בין הפיגמנטים (חומרי צבע) שמרבים להשתמש בהם בחומרי פוספורסצנציה נכללים אבץ גופרתי ואלומיניום סטרונציום. השימוש באבץ גופרתי בשביל אמצעי בטיחות החל כבר ב-1930. לעומת זאת, הפיתוח של אלומיניום סטרונציום שהבוהק שלו חזק בערך פי עשרה, ירד מרוב המוצרים מבוססי אבץ גופרתי ונכנס לקטגורית החדשנות. פיגמנטים מבוססי אלומיניום סטרונציום נמצאים בשימוש בשלטי יציאה, סימון שבילים וסוגי שילוט בטיחותי.[2]
פיגמנט זרחן כחול בחושך.
ראו גם
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ Karl A. Franz, Wolfgang G. Kehr, Alfred Siggel, Jürgen Wieczoreck, Luminescent Materials, wiley online library, 15 ביוני 2000
- ^ David ZitounLaurent BernaudAlain ManteghettiJean-Sébastien Filhol, Microwave Synthesis of a Long-Lasting Phosphor, acspublications, 1 בינואר 2009
