Вы когда-нибудь видели предметы, которые светятся в темноте без подключения к электричеству? Это удивительное явление называется люминесценцией, а вещества, обладающие таким свойством, называются люминофорами. История их изучения насчитывает несколько веков. Давайте разберемся, что представляют собой эти «светящиеся порошки», как можно их применить и чем они могут быть опасны.
Химический состав и классификация люминофоров
По химическому составу все люминофоры делятся на два больших класса:
- Неорганические люминофоры. В их основе лежат соединения металлов, соли, оксиды и другие неорганические вещества. Они чаще используются в технике.
- Органические люминофоры. Это органические соединения, в том числе полимеры. Их применяют для бытовых целей.
По типу возбуждения люминофоры делят на следующие виды:
- Фотолюминофоры – светятся под действием видимого или ультрафиолетового излучения.
- Электролюминофоры – излучают свет под воздействием электрического поля.
- Катодолюминофоры – возбуждаются потоком электронов, используются в электронно-лучевых трубках.
- Рентгенолюминофоры – светятся при облучении рентгеновскими лучами.
- Радиолюминофоры – люминесцируют под действием ионизирующего излучения.
Для синтеза люминофоров используют разные классы химических соединений. Например, соли и оксиды металлов, кремний-органические соединения, ароматические углеводороды и другие.
Области применения люминофоров
Люминофоры активно используются в технике. Например, в люминесцентных лампах внутренняя поверхность колбы покрыта люминофорным слоем. Он преобразует ультрафиолетовое излучение паров ртути в видимый свет.
Другая важная область – электронно-лучевые трубки. Экран такой трубки представляет собой стеклянную панель, внутренняя поверхность которой покрыта слоем люминофора. Под действием электронного луча люминофор светится, создавая изображение.
Еще люминофоры применяются:
- В рентгеновских экранах и другой медицинской технике
- Для создания светящихся красок, используемых в дизайне
- В системах безопасности, например, для разметки путей эвакуации
- Для подсветки шкал и циферблатов часов и приборов
Органические люминофоры чаще применяются в быту. Их используют для создания светящихся лаков, красок, полимерной глины. Такие материалы позволяют делать оригинальную светящуюся отделку помещений, одежды, предметов декора.
Технология получения люминофоров
Производство люминофоров относится к области тонкого неорганического синтеза. Основные стадии процесса:
- Приготовление исходной смеси (шихты) из порошков необходимых веществ.
- Тщательное перемешивание компонентов.
- Сушка шихты для удаления влаги.
- Прокаливание при высокой температуре (900-1200°С) для проведения химической реакции.
- Дробление и размол полученного продукта.
Например, для синтеза сульфида цинка применяют следующую реакцию:
ZnS + H2S → ZnS + H2
А для получения сульфида меди можно использовать взаимодействие с тиосульфатом натрия:
2CuSO4 + Na2S2O3 + H2O → Cu2S + Na2SO4 + H2SO4
Подбор температурных режимов и шихты позволяет получать люминофоры с заданными свойствами.
Особенности люминесценции
Люминесценция может носить характер:
- Флуоресценции – быстрого затухания свечения после прекращения возбуждения.
- Фосфоресценции – длительного послесвечения.
На яркость и длительность свечения люминофора влияют:
- Химический состав.
- Наличие примесей-активаторов.
- Размер частиц (чем мельче, тем слабее свечение).
- Температура (обычно при охлаждении яркость растет).
| Тип люминофора | Яркость свечения | Длительность послесвечения |
| Люминофор А | Высокая | До 2 часов |
| Люминофор Б | Средняя | До 8 часов |
Таким образом, для разных применений оптимален люминофор с разными люминесцентными характеристиками.
Применение люминофорных порошков
Одно из распространенных применений люминофорных порошков - изготовление светящихся красок и лаков для бытового использования. Для этого порошок смешивают с традиционным лакокрасочным материалом.
Рекомендуемое соотношение компонентов:
- 70% обычного лака или краски;
- 30% люминофорного порошка.
Такую смесь тщательно перемешивают и наносят тонким слоем кистью или валиком на поверхность. Получается ровное светящееся в темноте покрытие.
С помощью таких люминесцентных красок можно делать оригинальную светящуюся отделку помещений, предметов, одежды. Например:
- Роспись стен светящимися узорами;
- Создание светящихся надписей и рисунков;
- Окраска мебели и декоративных элементов интерьера;
- Светящиеся аксессуары и детали одежды.
Вопросы безопасности при работе с люминофорами
Хотя современные люминофоры гораздо безопаснее своих предшественников, при работе с ними следует соблюдать меры предосторожности.
Первые люминофоры делали на основе токсичных веществ, таких как фосфор и радиоактивные элементы. Это могло приводить к отравлениям и накоплению вредного воздействия на организм.
Сейчас используют более безопасные органические и неорганические соединения. Тем не менее, рекомендуется:
- Избегать вдыхания порошка;
- Не допускать попадания на кожу и в глаза;
- Работать в перчатках и использовать средства защиты органов дыхания;
- После работы тщательно вымыть руки.
Утилизация отработанных материалов
Поскольку люминофор все же является химическим продуктом, после выработки срока службы его необходимо утилизировать.
Нельзя выбрасывать отслужившие люминофоры вместе с бытовым мусором. Рекомендован сбор в специальную тару с последующей передачей в пункты приема опасных отходов.
Перспективы применения люминофоров
Несмотря на многовековую историю, наука о люминофорах не стоит на месте. Ученые продолжают работать над улучшением их характеристик и поиском новых областей использования.
Основные направления совершенствования люминофоров:
- Повышение яркости свечения;
- Увеличение времени послесвечения;
- Расширение цветовой гаммы;
- Повышение экологичности.
Кроме того, светящиеся порошки могут найти применение в таких перспективных областях как оптоэлектроника, сенсорика, медицина.
Альтернативные способы создания свечения
Хотя люминофорный порошок является распространенным источником свечения, существуют и другие интересные способы:
- Светящиеся краски на основе светлячков;
- Фосфоресцирующие минералы и камни;
- Свечение морских организмов (медуз, кильки);
- Биолюминесценция грибов и бактерий.
Такие органические и природные источники свечения пока мало применяются на практике. Но кто знает, может в будущем белые порошки на основе люминофоров получат достойную конкуренцию?
