Luminescens sönderfallstid

Luminescensavklingningstid (även glödtid ) - luminescensparameter , definierad som den tid under vilken intensiteten av det luminescerande glödet efter att ha tagit bort luminescensexcitationen minskar med e gånger.

Förfallstiden för luminescens kan sträcka sig från bråkdelar av en nanosekund (för tillåtna övergångar ) till många timmar (för multipla förbjudna övergångar  , de så kallade kvasistationära tillstånden).

Naturen hos luminescens och faktorer som påverkar glödtiden

Nedbrytningstiden för luminiscens i ett givet luminescerande ämne beror på livslängden för det kvantmekaniska tillståndet i vilket excitationsenergin är lagrad, på energirelaxationsprocesser och på yttre förhållanden (temperatur, tryck, koncentration av luminescerande atomer och molekyler, koncentration av "släcker" atomer och molekyler , etc.). n. ).

Efter excitation av ett icke-stationärt kvantmekaniskt tillstånd, är övergången av detta tillstånd till ett stabilt, stationärt tillstånd (tillståndet med lägst energi), ibland kallas en sådan övergång "tillståndsförfall" eller "nivåförfall", är möjlig både med och utan emission av luminescensfotoner, medan energin i det exciterade tillståndet överförs till energierna i andra exciterade tillstånd eller omvandlas till termisk energi. Övergången till det lägsta energitillståndet med emission av fotoner kallas "strålningsövergången", och övergången utan emission av fotoner kallas "icke-strålningsövergången". I vanliga självlysande ämnen omvandlas alltid en del av övergångsenergin till värme (relaxationsövergång) även i strålningsövergångar eller överförs till exciterade tillstånd med lägre energi. Tillstånd sönderfaller till tillstånd med lägre energi, avslappningsövergångar och strålningsövergångar inträffar med olika sannolikheter. Livslängden för ett speciellt exciterat tillstånd beror också på typen av sönderfall.

I många fall bestäms ett ämnes luminescens av en uppsättning av flera typer av exciterade tillstånd, som var och en kännetecknas av sin egen glödtid och luminescensintensitet.

Externa förhållanden kan förändra sannolikheten för icke-strålningsövergångar och därmed livslängden för den exciterade nivå som är ansvarig för luminescens. När den relativa sannolikheten för nivåavklingning genom en icke-strålningsövergång ökar, minskar nivåns livslängd och följaktligen minskar emissionstiden (liksom luminescenskvantutbytet ) . Som regel leder en ökning av temperatur och tryck till en ökning av sannolikheten för icke-strålningsövergångar, eftersom frekvensen av molekylära kollisioner ökar.

Studiet av luminescensavklingningskinetiken i ett ämne är en experimentell metod som gör det möjligt att studera olika fysikaliska, kemiska och biologiska processer.

I tekniska tillämpningar av luminescens är glödtiden avgörande för korrekt design av apparaters tidsegenskaper.

Således är "snabba" fosforer med kort glödtid nödvändiga för scintillationsdetektorer av joniserande strålning och skärmar av katodstråleanordningar med hög svarsfrekvens. Tvärtom, i vissa fall behövs "långsamma" fosforer med lång sönderfallstid för luminiscens (till exempel för självlysande självlysande färger ) eller självlysande skärmar med en lång efterglöd av oscilloskoprör och katodstråleradarmonitorer .

Luminescenskinetik

Om man antar att exciteringen av luminescens sker momentant vid tidpunkten t = 0 , kan luminescensintensiteten för fosforn med luminescensavklingningstiden τ skrivas som:

där A  är en konstant som kännetecknar luminescensintensiteten,  - belysningstid.

I många fall lagras excitationsenergin i flera tillstånd av den luminescerande nivån (och med olika effektivitet). Om dessa tillstånd har olika glödtider τ i och olika intensiteter, så beskrivs glödkinetiken med formeln:

där konstanterna A i och karakteriserar det relativa bidraget för var och en av komponenterna.

Litteratur