Люминофоры — источники «холодного» света
Химики синтезировали множество соединений, которые могут светиться, оставаясь холодными. Такие вещества называют л юм и но форами (от латинского lumen — «свет» и греческого «форос» — «не сущий»).
Чтобы люминофор светился, его атомы надо возбуждать, т. е. подводить энергию. Делать это можно разными способами. Самый распространенный способ возбуждения — светом, видимым или ультрафиолетовым. Общее название свечения, вызванного таким способом, - фотолюминесценция. У нее есть две разновидности. Так, если возбужденное светом вещество излучает свет очень короткое время порядка Ю-8—10 ''секунды после поглощении возбуждающшего фотона, то такое излучение называется флуоресценцией. Свое название этот вид излучения получил от названия минерала флюорита, у которого данное явление было впервые обнаружено. Кристаллы флюорита довольно редки, однако многие из вас, возможно, видели синеватое свечение кристаллов нафталина на солнечном свету, зеленоватое све-чение растворов флуорес цени а или эозина (эти красители иногда добавляют к шампуням и экстрактам для ванн), яркое свечение бакенов, цветных афиш, деталей одежды, специальных красок для фломастеров (маркеров) и т. д. Все они содержат так называемые дневные флуоресцирующие красители—сложные органическиесоединения. поглощающие ультрафиолетовые и синие солнечные лучи и излучающие зс леные, оранжевые или красные. Школьник младших классов, ранен которого окрашен яркой флуоресцентной краской, может с меньшей опасностью переходить дорогу, так как шофер увидит его издалека. Еще не гак давно в метрополитене некоторых городов использовались турникеты, принцип действия которых основывался на эффекте флуоресценции. В турникеты тогда надо было опускать круглые пластмассовые жетоны, в которые был подмешан флуоресцирующий кра-ситель. Внутри турникета была спрятана ртутная лампочка - источник ультрафиолета, под действием которого пролетающий мимо жетон на мгновение вспыхивал яркой флуоресценцией - в Москве сине-голу- бой, в других городах она могла быть иного цвета. Специальный фотоэлемент реагировал на эту вспышку и открывал проход. Глядя в щель автомата, можно было заметить эту яркую вспышку.Сильной флуоресценцией обладает хинин - сложное органическое соединение исключительно горького вкуса, содержащееся в коре хинного дерева. Хинин используют как лекарство от малярии, а также добавляют к различным тонизирующим напиткам. Малые добавки хинина придают напиткам чуть горьковатый привкус, а также... способность ярко светиться под действием ультрафиолетовых лучей!
Флуоресцирующие красители входят в состав многих моющих средст в. Здесь они выполняют роль оптических отбеливателей, о которых
Рис. 6.5. Так светится под ультрафиолетовыми лучами 100-рублевая купюра
говорилось в разделе, посвященном технике безопасности. Л юми- несцирующие красители вводят для защиты от подделок и в денежные купюры. Многие видели, как кассир проверяет подлинность 500- или 1000-рубле вой купюры, подставляя се под специальный ультрафиолетовый светильник (рис. 6.5). Светятся разным цветом на темном фоне отдельные элементы купюры — надписи, узоры, а также вкрапленные в бумагу волокна.
Иногда фотолюминесценция не исчезает сразу после прекращения действия источника возбуждения. Такая ее разновидность называется фосфоресценцией (от греческих слов «фос» — «свет» И «'форос» — <¦ несущий»), Она может длиться от долей секунды до нескольких часов и даже суток. Фосфоресценцию органических молекул можно наблюдать только в специальных лабораторных условиях. А вот с неорганическими фосфорами (ударение на 2-м «о») знаком каждый: ими покрыты (конечно, изнутри) лампы дневного света, а также баллоны ртутных светильников на улице. По своему составу это чаще всего соединения металлов с кислородом, серой, фосфором и кремнием (химики такие соединения называют оксидами, сульфидами, фосфатами и силикатами). Кроме этих веществ в состав люминофора вводят так называемые активирующие добавки сурьмы, марганца, олова, серебра, меди и других тяжелых металлов.
Порошок люминофора светится, когда на него попадает ультрафиолетовое излучение, которое возникает в парах ртути под действием электрического разряда. От ламп дневною света не требуется, чтобы они обладали послесвечением, т. е. светились после отключения от сети; главное для них — высокая световая отдача, приятный для глаза цвет и стабильность. Люминофоры для ламп дневного света выпускаются в огромном количестве. В мировом выпуске всех классов люминофоров их доля составляет примерно 90 %.Некоторые промышленные люминофоры обладают довольно длительным послесвечением, измеряемым многими минутами. Это позволяет использовать их для покрытия циферблатов и стрелок часов, а также деталей других измерительных приборов. Если предметы, покрытые люминофором длительного действия, «насветить» несколько минут на солнце, то потом в темноте они будут светиться не один час — сначала ярко, потом все более тускло. В конце 1980-х годов группа энтузиастов- школьников перед поездкой в летнюю химическую школу в подмосковном городе Пушино «сбросилась» и купила в магазине химреактивов на улице 25 Октября в Москве (сейчас нет в помине ни этого названия ули-цы. ни магазина) люминофор типа ФКП-ОЗК (активированный медью сульфид цинка) по цене 36 рублей за килограммовую банку - немалые деньги по тем временам. Но пни были потрачены не зря: порошок люминофора ребята смешали с эпоксидной смолой и намазали этой смесью невесть откуда добытый череп собаки. Когда смола застыла, череп можно было использовать в самых разнообразных ситуациях: например, «насветив» как следует под яркой лампой, внести неожиданно в соседнюю комнату, где в темноте показывали слайды. Эффект был потрясаю-щий... После положенных в такой ситуации визгов (несколько наигранных) «исполнители» во всем признались: назвали и марку люминофора, и его формулу, и даже иену. Руководителям оставалось только прочитать небольшую лекцию о «холодном свете».
Люминофоры для экранов телевизоров, мониторов, осциллографов относятся к катодолюминофорам — они возбуждаются пучком электронов.
Как и фотолюминофоры, они известны с XIX века. Еще в 1893 году для исследования катодолюминесценции было предложено использовать электронно-лучевую трубку с маленьким окошком из тонкой алюминиевой фольги, обладающей способностью пропускать электроны (катодные лучи) наружу. Это позволило изучать действие электронов на различные вещества прямо на воздухе, а не в вакууме. В результате было просмотрено большое число образцов и выбраны те, которые светятся под действием электронов лучше. В настоящее время по масштабам мирового производства (сотни тонн в год) катодолюмипофоры занимают второе место после ламповых люминофоров. Некоторые из них перестают светиться после прекращения возбуждения очень быстро; если бы, к примеру, люминофор на экране телевизора светился хотя бы секунду после того, как с него ушел «рисующий» изображение электронный луч, картинка на экране была бы полностью смазана- Кстати, катололюмино- форы могут слабо светиться и под действием обычного света: если поднести в темноте к экрану выключенного черно-белого телевизора яркую лампу, а затем выключить ее, то некоторое время экран будет слабо светиться. Другим люминофорам, наоборот, свойственно послесвечение, что позволяет, например, делать фотографии быстро протекающих процессов с экрана осциллографа. Это так называемые экраны с «памятью» (они есть в некоторых осциллографах, радиолокационных трубках). Для получения цветного изображения используют люминофоры с другими активаторами. Например, в цветных телевизорах синее свечение экрана может давать сульфид пинка, активированный серебром, зеленое — то же соединение, активированное медью, красное — сульфид редкого мета; їла иттрия, активированный еше более редким металлом — европием. Разработаны и другие композиции, в которых сочетание трех основных цветов в различных соотношениях дает миллионы разнообразных оттенков. Используются они и при производстве компьютеров — для экранов цветных мониторов. К катодолюминофорам близки рентгенолюми- нофоры, которыми покрыты экраны в рентгеновских кабинетах - они б - ! Ш 145?светятся мод действием рентгеновских лучей (рис.
6.6).Рис. (>.(>. На фотографии 1897 года французский таможенник просматривает содержимое чемодана, помещенного между источником рентгеновского излучения и прибором, который он держит в руках и внутри которого - экран, светящийся под действием рентгеновских лучей. Обратите внимание на два обстоятельства: во-первых, снимок сделай спустя всего несколько месяцев после открытия Рентгеном новых лучей; во-вторых, многочисленные наблюдатели и сам таможенник никак не защищены от источника лучей - рентгеновской лампы, которая видна на снимке. Сейчас даже при выполнении рентгеновского снимка в стоматологической поликлинике на пациента надевают проевин- цованный защитный фартук, а в ходе флюорографии медицинский сотрудник выходит в соседнюю комнату
В отдельный класе БЬІДС- ЛЯЮІ электролюминофоры - вещества, светящиеся мод действием электрического поля. Они непосредственно преобразуют электрическую энергию в световую, потребляя очень малую мощность и обладая очень большим сроком службы. Однако свети- мо'сть электролюминофоров мала, поэтому их используют обычно для световой сигнализации. Например, надпись «ВЫХОД», светящаяся зеленым светом в концертных залах, театрах и кинотеатрах, — это как раз пример электрод юмннофора.
Наконец, последний класс люминофоров — радио- люминофоры, свечение которых возбуждается излучением естественных Или искусственных радиоактивных препаратов. Такие люминофоры могут светиться годами. Ра- диолюмипофоры сыграли в свое время огромную роль в изучении явлений радиоактивности: до изобретения электроизмерительных приборов (ионизационной камеры, счетчика Гейгера—Мюллера) ими покрывали небольшие пластинки-экраны и затем в полной темноте, иногда ночи напролет, подсчитывали число вспышек (сцинтилляций), чтобы определить интенсивность излучения от разных источников (более подробно об этом будет рассказано в следующей главе). Для покрытия экранов использовали ярко светящийся, но дорогой препарат плагины. Под действием радиации в нем возбуждается яркая желто-зеленая люминесценция. В настоящее время используют значительно более дешевые люмвдгофоры, например, активированный медью сульфид цинка. У кого-то, возможно, еще остались часы, в которых стрелки и цифры покрыты таким светящимся составом постоянного действия — в нем содержится в малых количествах радиоактивное вещество; из-за опасений нанести вред здоровью — и тех, кто такие часы бы носил, и в еше большей мере тех, кто такие часы бы изготовлял, — их сейчас не выпускаю т. 146