Светящиеся порошки: что это такое и где применяются?

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:

1. Фотолюминофоры – светятся под действием видимого или ультрафиолетового излучения.
2. Электролюминофоры – излучают свет под воздействием электрического поля.
3. Катодолюминофоры – возбуждаются потоком электронов, используются в электронно-лучевых трубках.
4. Рентгенолюминофоры – светятся при облучении рентгеновскими лучами.
5. 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:

1. Приготовление исходной смеси (шихты) из порошков необходимых веществ.
2. Тщательное перемешивание компонентов.
3. Сушка шихты для удаления влаги.
4. Прокаливание при высокой температуре (900-1200°С) для проведения химической реакции.
5. 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).

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?