Fosforeszentzia

Fosforeszentzia fluoreszentziarekin erlazionatuta dagoen fotoluminiszentzia mota bat da. Fosforeszentzia izeneko fenomeno honetan sustantzia batzuek energia absorbatu eta metatu egiten dute, gero energia hau erradiazio moduan emitituz. Fosforeszentzia erakusten duten elementuei foto-erreaktiboak deritze. Hau da, propietate hau izateko argia behar dute, elementu foto-sensibleak dira eta erradiazioaren bitartez energia nahikoa lortzen dute hau metatu eta gero askatzeko.

Portaera hau azaltzen duen mekanismo fisikoa eta fluoreszentziarena ia berdinak dira. Bi fenomenoen arteko desberdintasun nabarmenena energiaren emisioan igarotzen den denbora da. Fluoreszentzian ez bezala, material fosforeszente batek ez du absorbatutako erradiazioa berehala emititzen. Emisio denbora geldo hauek mekanika kuantikoan definitzen diren energia trantsizio “debekatu”-ekin daude erlazionatuta. Material batzuetan trantsizio hauek oso poliki gertatzen direnez, absorbatutako erradiazioaren emisioa eszitazio originala gertatu denetik ordu batzuk luza daiteke baina intentsitate gutxiagorekin^[1].

Material fosforeszente arruntenak: ilunpean distiratzen duten jostailuak, argiarekin denbora batez kargatu ondoren distira egiten duten erloju esferak edo pinturak. Normalean distira hau poliki poliki desagertuz doa gela ilunetan, minutuak edo orduak pasa ahala.

Fosforeszentziaren inguruko ikerketak erradiaktibitatearen aurkikuntza bultzatu zuen 1896an.

Ironikoki, fosforo zuriak (fosforeszentziak bertatik harten du izena) ez du propietate hau aurkezten, baizik eta kimioluminiszentzia.

Azalpenak

Fluoreszentzia eta fosforeszentziaren arteko desberdintasuna azaltzeko energia diagrama. S₀ egoeran dagoen molekula eszitatu egiten da (S₁, S₂). Gero, barne birkonbinatze energetiko bat jasaten du, triplete egoerara igaroz. Hau oinarrizko egoerara erlaxatzean fosforeszentzia ematen da.

Termino sinpleetan, fosforeszentzia prozesu bat da non substantzia batek absorbatutako energia poliki poliki argi moduan liberatzen duen. Hau da, ilunpetan distira egiten duten material batzuen mekanismoa, argiaren presentzian kargatzen direlako.

Fluoreszentzian ematen diren erreakzio azkarrak ez bezala, fosforeszentzian elementu fosforeszenteek absorbatutako energia denbora gehiagoz gordetzen dute, energia honen emisiorako prozesuak gutxiagotan ematen baitira.

Mekanika kuantikoa

Prozesu fotoluminiszente gehienak oso azkarrak dira, 10 nanosegundo ingurukoak. Prozesu hauetan substratu kimiko batek energia absorbatzen du, gero fotoiak emitituz. Argiaren absortzio eta emisioa oso denbora laburrean gertatzen da fotoien energiak bat egiten duenean sustratuaren baimendutako trantsizio eta energia maila libreekin. Fosforeszentziaren kasuan, fotoitik absorbatutako energia spin altuagoko energia maila batera igarotzen da, triplete egoera deritzona sortuz. Ondorioz, energia hau tripletean bilduta gera daiteke, bakarrik trantsizio “debekatuak” eskuragarri gelditzen zaizkiola energia maila baxuenera itzultzeko. Trantsizio hauek, nahiz eta “debekatuak” izan, mekanika kuantikoan gertatuko dira baina zinetikoki ez daude lagunduak. Horregatik gertatzen da prozesua polikiago.

Nahiz eta prozesua fluoreszentzian baina polikiago gertatu, konposatu fosforeszente gehienak emisore azkarrak dira, milisegunduko iraupena duten tripleteak dituztelarik. Hala ere, konposatu batzuek argia modu eraginkorrean biltzen dute, gero hau minutu edo orduz emititu dezaketelarik. Errendimendu kuantikoa altua bada, substantzia fosforeszente hauek argi kantitate adierazgarri bat askatuko dute denbora luzean zehar, iluntasunean distiratzen duten objektuak sortuz. Prozesu hau moduan laburbil daiteke:

S_{0}+h\nu \to S_{1}\to T_{1}\to S_{0}+h\nu ^{\prime }\

non $S$ singletea eta $T$ tripletea diren (0 oinarrizko egoera da eta 1 egoera kitzikatua). Trantsizioak eman daitezke energia altuagoko mailetara, baina lehenengo egoera kitzikatua adierazten da sinpleago egiteko. Fosforeszentzia beste prozesu batekin nahasten da askotan, kimioluminiszentzia.

Materialak

Material fosforeszenteetan erabiltzen diren pigmentu ohikoenak zink sulfuroa eta estrontzio aluminatoa dira. Zink sulfuroaren erabilera, segurtasunarekin erlazionatutako produktuetan, 1930era luzatzen da. Hala ere, estrontzio aluminatoaren garapenak bigarren maila batean utzi ditu zink sulfurozko produktuak, luminiszentzia gutxi gorabehera 10 aldiz handiagoa baita produktu berri hauetan. Estrontzio aluminatoan oinarritutako pigmentuen erabilera ohikoak: irteera seinaleetan, bide eta bidexken seinalizapean eta baita segurtasunarekin erlazionatutako beste seinalizapenetan ere^[2].

Pigmentu fosforeszenteak: zink sulfuroa.vs.estrontzio aluminatoa

Zink sulfuroa (ezk.) eta estrontzio aluminatoa (esk.)
Pigmentuak ilunpean minutu bat eta gero
Pigmentuak ilunpean 4 minutu eta gero

Pigmentu fosforeszente gorri eta urdinak

Pigmentu fosforeszente gorria (Kaltzio sulfuroa)
Pigmentu fosforeszente gorria ilunpetan
Pigmentu fosforeszente urdina (metal lurralkalino baten silikatoa)
Pigmentu fosforeszente urdina ilunpetan

Erreferentziak

↑ Karl A. Franz, Wolfgang G. Kehr, Alfred Siggel, Jürgen Wieczoreck, and Waldemar Adam "Luminescent Materials" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a15_519
↑ Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. Microwave Synthesis of a Long-Lasting Phosphor. J. Chem. Ed. 2009, 86, 72-75.doi:10.1021/ed086p72

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q192275
Multimedia: Phosphorescence / Q192275

[1] Karl A. Franz, Wolfgang G. Kehr, Alfred Siggel, Jürgen Wieczoreck, and Waldemar Adam "Luminescent Materials" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a15_519

[2] Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. Microwave Synthesis of a Long-Lasting Phosphor. J. Chem. Ed. 2009, 86, 72-75.doi:10.1021/ed086p72

[1]

[2]