Fósforo

Un fósforo, el más generalmente, es una sustancia que expone el fenómeno de luminescencia. De manera algo confusa, esto incluye ambos materiales fosforescentes, que muestran un decaimiento lento en el resplandor (> 1 milisegundo), y materiales fluorescentes, donde el decaimiento de la emisión ocurre más de decenas de nanosegundos. Los materiales fosforescentes se conocen por su uso en pantallas del radar y brillan en la oscuridad juguetes, mientras que los materiales fluorescentes son comunes en CRT y pantallas de la pantalla de vídeo plasma, sensores y LEDs blanco.

Los fósforos a menudo son compuestos de metal de transición o compuestos de la tierra raros de diversos tipos. Los usos más comunes de fósforos están en demostraciones de CRT y luces de neón. Los fósforos de CRT se estandarizaron comenzando alrededor de la Segunda Guerra Mundial y designados por la carta "P" seguida de un número.

El fósforo, el elemento químico llamado para su comportamiento de emisión de luz, emite la luz debido a chemiluminescence, no fosforescencia, de ahí no es un fósforo.

Principios

Un material puede emitir la luz a través de la incandescencia, donde todos los átomos irradian, o por la luminescencia, donde sólo una pequeña fracción de átomos, llamados centros de la emisión o centros de la luminescencia, emite la luz. En fósforos inorgánicos, estas inhomogeneidades en la estructura de cristal son creadas por lo general por la adición de una cantidad del rastro de dopants, las impurezas llamaron activators. (En dislocaciones de casos raras u otros defectos de cristal puede desempeñar el papel de la impureza.) La longitud de onda emitida por el centro de la emisión es dependiente del propio átomo, y de la estructura de cristal circundante.

El proceso del centelleo en materiales inorgánicos es debido a la estructura del grupo electrónica encontrada en los cristales. Una partícula de entrada puede excitar un electrón del grupo de la valencia al grupo de la conducción o al grupo exciton (localizado sólo debajo del grupo de la conducción y separado del grupo de la valencia por un hueco de la energía). Esto deja un agujero asociado, en el grupo de la valencia. Las impurezas crean niveles electrónicos en el hueco prohibido. Los excitons son pares del agujero de electrones sueltamente ligados que vagan a través del celosía de cristal hasta que sean capturados en conjunto por centros de impureza. Éste entonces rápidamente de excita emitiendo la luz del centelleo (componente rápido). En caso de scintillators inorgánico, las impurezas activator típicamente se eligen de modo que la luz emitida esté en la variedad visible o cerca-UV donde los fotomultiplicadores son eficaces. Los agujeros asociados con electrones en el grupo de la conducción son independientes de éste. Aquellos agujeros y electrones son capturados sucesivamente por ciertos estados de metastable emocionantes de los centros de la impureza no accesibles al excitons. La de excitación retrasada de aquellos estados de impureza metastable, hechos más lentos por la confianza en la probabilidad baja prohibida el mecanismo, otra vez causa la emisión ligera (reduzca la marcha del componente).

Degradación de fósforo

Muchos fósforos tienden a perder la eficacia gradualmente por varios mecanismos. El activators se puede someter al cambio de la valencia (por lo general oxidación), el celosía de cristal degrada, átomos – a menudo los activators – se difunden a través del material, la superficie se somete a reacciones químicas con el ambiente con pérdida consiguiente de la eficacia o concentración de una capa que absorbe la excitación o la energía irradiada, etc.

La degradación de dispositivos electroluminiscentes depende de la frecuencia de hacer corriente, el nivel de la luminosidad y temperatura; la humedad perjudica la vida de fósforo muy perceptiblemente también.

Los materiales más difíciles, que se derriten alto, acuáticos e insolubles muestran la tendencia inferior de perder la luminescencia bajo la operación.

Ejemplos:

Materiales

Los fósforos por lo general se hacen de un material del anfitrión conveniente con activator añadido. El mejor tipo conocido es un sulfito de zinc activado por el cobre y el sulfito de zinc activado por la plata (plata del sulfito de zinc).

Los materiales del anfitrión son típicamente óxidos, nitrides y oxynitrides, sulfitos, selenides, halides o silicatos de zinc, cadmio, manganeso, aluminio, silicio o varios metales de la tierra raros. Los activators prolongan el tiempo de la emisión (sensación de bienestar). Por su parte, otros materiales (como el níquel) pueden ser usados para apagar la sensación de bienestar y acortar la parte del decaimiento de las características de la emisión de fósforo.

Muchos polvos de fósforo se producen en procesos de temperatura baja, como el gel del sol y por lo general requieren la posttempladura a temperaturas de ~1000 °C, que es indeseable para muchas aplicaciones. Sin embargo, la optimización apropiada del proceso de crecimiento permite evitar la templadura.

Los fósforos usados para lámparas fluorescentes requieren un proceso de producción multipaso, con detalles que varían según el fósforo particular. El material del bulto se debe moler para obtener una variedad de la talla de la partícula deseada, ya que las partículas grandes producen una capa de la lámpara de calidad mala y las pequeñas partículas producen menos ligero y degradan más rápidamente. Durante el tiroteo del fósforo, las condiciones de proceso se deben controlar para prevenir la oxidación del fósforo activators o contaminación de los buques de proceso. Después de moler el fósforo se puede lavar para quitar el exceso menor de elementos activator. Los elementos volátiles no se deben permitir escaparse durante el procesamiento. Los fabricantes de la lámpara han cambiado la composición de fósforos para eliminar algunos elementos tóxicos, como beryllium, cadmio o thallium, antes usado.

Los parámetros comúnmente citados para fósforos son la longitud de onda del máximo de la emisión (en nanómetros, u o bien coloree la temperatura en kelvins para mezclas blancas), la anchura máxima (en nanómetros en el 50% de la intensidad), y tiempo del decaimiento (en segundos).

Aplicaciones

Iluminación

Las capas de fósforo proporcionan la mayor parte de la luz producida por lámparas fluorescentes y también son usadas para mejorar el equilibrio de luz producida por el metal halide lámparas. Vario neón firma capas de fósforo de uso para producir colores diferentes de la luz. Las demostraciones electroluminiscentes encontradas, por ejemplo, en tableros de instrumentos de avión, usan una capa de fósforo para producir la iluminación sin luces deslumbrantes o como dispositivos de demostración numéricos y gráficos.

Fósforo thermometry

El fósforo thermometry es un enfoque de medida de temperaturas que usa la dependencia de temperaturas de ciertos fósforos para este fin. Para esto, una capa de fósforo se aplica a una superficie de interés y, por lo general, el tiempo del decaimiento es el parámetro de la emisión que indica la temperatura. Como la iluminación y la óptica de descubrimiento se pueden situar remotamente, el método se puede usar para mover superficies como superficies del motor de la alta velocidad. También, el fósforo se puede aplicar al final de una fibra óptica como un análogo óptico de un termopar.

Brillo en la oscuridad juguetes

En estas aplicaciones, el fósforo directamente se añade al plástico usado para moldear los juguetes, o mezclado con una carpeta para el uso como pinturas.

El fósforo de ZnS:Cu se usa en el brillo cremas en la oscuridad cosméticas con frecuencia usadas para maquillajes de la Víspera de todos los Santos.

Generalmente, la persistencia de los aumentos de fósforo como la longitud de onda aumenta.

También ver lightstick para artículos encendidos situados en chemiluminescence.

Radioluminescence

Los fósforos del sulfito de zinc se usan con materiales radiactivos, donde el fósforo fue excitado por la alfa - e isótopos que deterioran la beta, para crear la pintura luminiscente para discos de relojes e instrumentos (discos de radio). Entre 1913 y 1950 un radio 228 y radio 226 era usado para activar un fósforo hecho del sulfito de zinc drogado de la plata (ZnS:Ag), que dio un brillo verdoso. El fósforo no es conveniente para usarse en capas más gruesas que 25 mg./cm ², ya que el ensimismamiento de la luz entonces se hace un problema. Además, el sulfito de zinc se somete a la degradación de su estructura del celosía de cristal, llevando a la pérdida gradual del resplandor considerablemente más rápido que la reducción de radio. Las pantallas de spinthariscope cubiertas de ZnS:Ag fueron usadas por Ernest Rutherford en sus experimentos que descubren el núcleo atómico.

El cobre drogó el sulfito de zinc (ZnS:Cu) es el fósforo más común usado y cede la luz azul-verde. El cobre y el magnesio drogaron el sulfito de zinc (ZnS:Cu, Mg.) cede la luz amarilla-naranja.

Tritium también se usa como una fuente de radiación en varios productos que utilizan tritium iluminación.

Electroluminescence

Electroluminescence se puede explotar en fuentes de la luz. Tales fuentes típicamente emiten de un área grande, que los hace convenientes para fondos luminosos de pantallas de cristal líquido. La excitación del fósforo es por lo general conseguida por la aplicación del campo eléctrico de alta intensidad, por lo general con la frecuencia conveniente. Las fuentes de la luz electroluminiscentes corrientes tienden a degradar con el uso, causando sus vidas de operación relativamente cortas.

ZnS:Cu era la primera formulación que con éxito muestra electroluminescence, probado en 1936 por Georges Destriau en laboratorios de la señora Marie Curie en París.

El óxido de lata de Indium (ITO, también conocido bajo el nombre comercial IndiGlo) compuesto se usa en algunos relojes de Timex, aunque como el material del electrodo, no como un propio fósforo. "Lighttape" es otro nombre comercial de un material electroluminiscente, usado en tiras ligeras electroluminiscentes.

LEDs blanco

Los fotodiodos blancos son InGaN por lo general azul LEDs con una capa de un material conveniente. Cerium (III) - drogó YAG (YAG:Ce, o YAlO:Ce) a menudo se usa; absorbe la luz del azul CONDUCIDO y emite en una amplia variedad del verdoso a rojizo, con la mayor parte de la salida en el amarillo. La emisión amarillo pálido del Ce:YAG se puede templar substituyendo el cerium con otros elementos de la tierra raros como el terbium y gadolinium y se puede ajustar hasta adelante substituyendo a unos o todo el aluminio en el YAG con el galio. Sin embargo, este proceso no es una de la fosforescencia. La luz amarilla es producida por un proceso conocido como el centelleo, la ausencia completa de una sensación de bienestar que es una de las características del proceso.

Alguna tierra rara drogó Sialons son fotoluminiscentes y puede servir de fósforos. Europium (II) - drogó β-SiAlON absorbe en el espectro ligero ultravioleta y visible y emite el broadband intenso emisión visible. Su luminosidad y color no cambian considerablemente con la temperatura, debido a la estructura de cristal de temperaturas y estable. Tiene un gran potencial como un fósforo de la abajo-conversión verde para LEDs blanco; una variante amarilla también existe. Para LEDs blanco, un azul CONDUCIDO se usa con un fósforo amarillo, o con un fósforo de SiAlON verde y amarillo y un fósforo (CASN) situado en CaAlSiN rojo.

LEDs blanco también puede ser hecho por la capa cerca del ultravioleta (NUV) que emite LEDs con una mezcla de alta eficacia europium fósforos de emisión rojos y azules basados más el cobre de emisión verde y el aluminio drogó el sulfito de zinc (ZnS:Cu, Al). Esto es un método análogo al modo que las lámparas fluorescentes trabajan.

Tubos de rayos catódicos

Los tubos de rayos catódicos producen modelos ligeros generados por la señal en un formato (típicamente) redondo o rectangular. CRTs abultados se usaron en la televisión doméstica en blanco y negro ("TV") juegos que se hicieron populares en los años 1950, así como la primera generación, TVs en color basadas en el tubo y los monitores del ordenador más más tempranos. CRTs también han sido ampliamente usados en la instrumentación científica y técnica, como osciloscopios, por lo general con un fósforo solo en color, típicamente verde.

Blanco (en en blanco y negro): La mezcla de sulfito de cadmio de zinc y plata del sulfito de zinc, el ZnS:Ag + (Zn, Cd) S:Ag es el fósforo P4 blanco usado en CRTs de televisión negro y blanco.

Rojo: el sulfito de óxido de Yttrium activado con europium se usa como el fósforo rojo en color CRTs. El desarrollo de TVs en color tardó mucho debido a la búsqueda larga de un fósforo rojo. El primer fósforo de la tierra raro rojo que emite, YVO4, Eu3, fue introducido por Levine y Palilla como un color primario en la televisión en 1964. En la forma de cristal sola, se usó como polarizer excelente y material de láser.

Amarillo: Cuando mezclado con el sulfito de cadmio, el sulfito de cadmio de zinc que resulta (Zn, Cd) S:Ag, proporciona la luz amarilla fuerte.

Verde: la Combinación del sulfito de zinc con el cobre, el fósforo P31 o ZnS:Cu, proporciona la luz verde que alcanza su punto máximo en 531 nm, con el brillo largo.

Azul: la Combinación del sulfito de zinc con pocos ppm de plata, el ZnS:Ag, cuando excitado por electrones, provee el brillo azul fuerte del máximo en 450 nm, de la sensación de bienestar corta con la duración de 200 nanosegundos. Se conoce como el fósforo P22B. Este material, plata del sulfito de zinc, todavía es uno de los fósforos más eficientes en tubos de rayos catódicos. Se usa como un fósforo azul en color CRTs.

Los fósforos son conductores eléctricos por lo general pobres. Esto puede llevar a la deposición del precio residual en la pantalla, con eficacia disminuyendo la energía de los electrones que hacen impacto debido a la repulsión electrostática (un efecto conocido como "pegándose"). Para eliminar esto, una capa delgada de aluminio se deposita sobre los fósforos y se relaciona con la capa propicia dentro del tubo. Esta capa también refleja la luz de fósforo a la dirección deseada y protege el fósforo del bombardeo del ión que resulta de un vacío imperfecto.

Para reducir la degradación de la imagen por la reflexión de la luz difusa, el contraste puede ser aumentado por varios métodos. Además del enmascaramiento negro de áreas no usadas de la pantalla, las partículas de fósforo en color protegen se cubren de pigmentos de corresponder al color. Por ejemplo los fósforos rojos se cubren del óxido ferric (sustitución de Cd más temprano (S, Se) debido a la toxicidad de cadmio), los fósforos azules se pueden cubrir del azul marítimo (CoO · n) o ultrainfante de marina . Los fósforos verdes basados en ZnS:Cu no se tienen que cubrir debido a su propio color amarillento.

Tipos de fósforo estándares

Vario

Algunos otros fósforos comercialmente disponibles, para el uso como pantallas de la radiografía, detectores de neutrón, partícula alfa scintillators, etc., son:

Véase también

Bibliografía

Enlaces externos



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