Изготовление люминофоров

Люминесценция — интересное физическое явление, смысл которого заключается в излучении «холодного» света веществами за счёт поглощённой ими энергии возбуждения. Вещества, обладающие данным свойством, называются люминофорами. Люминесценция делится на несколько типов, в зависимости от процесса, который её вызывает. Наибольший интерес для меня представляет фосфоресценция — тип люминесценции, при котором вещество излучает поглощённую световую энергию не сразу, а постепенно. Такие вещества называются кристаллофóсфорами или просто фосфóрами. Не стоит путать эти вещества с фосфором, элементом пятой группы, который к ним не имеет никакого отношения. Белая модификация фосфора способна слабо светится в темноте, но природа явления тут другая, основана на окислении его кислородом воздуха (находясь под водой, белый фосфор не светится). Так что светящиеся в темноте игрушки, брелки, краски и т.д. — не имеют с фосфором ничего общего, и в их составе фосфор не содержится.

Кристаллофосфоры — это сложные неорганические вещества, обладающие способностью светится в темноте после предварительной засветки видимым светом или ультрафиолетом. В промышленности и быту чаще всего распространенные зелёные кристаллофосфоры, которые добавляют в игрушки, брелки, лаки для ногтей, стрелки часов, наносят на футболки и т.д. Их завораживающее свечение давно привлекает моё внимание, и мне как химику естественно захотелось сделать такие вещества самостоятельно. Сама химическая технология синтеза данных веществ не сложна, но требует терпения и аккуратности. Необходимо тщательно очищать исходные вещества до высокой степени чистоты и требуются довольно высокие температуры для синтеза (900 °C и выше).

В период 2011-2012 г. мною было изготовлено несколько составов кристаллофосфоров двух основных типов: на основе борной кислоты и на основе сульфидов щелочноземельных металлов.

Фосфоры на основе борной кислоты — простейшие «кухонные» составы, которые можно без проблем приготовить дома. Для их синтеза необходима борная кислота, которая покупается в аптеке и добавка, влияющая на цвет и яркость свечения. Требования к чистоте не высокие (но с землёй смешивать их не стоит). Готовятся эти составы над пламенем газовой плиты. Яркость составов получается очень высокой, особенно при облучении ультрафиолетом, но длительность послесвечения не высокая и составляет всего несколько секунд. Кроме того, у данных фосфоров довольно плохая водостойкость, при контакте с водой они моментально теряют свои свойства. Да и на открытом воздухе долго хранить их нельзя. Самый яркий состав получается с добавкой флуоресцеина — желто-зелёного цвета, с добавкой салициловой кислоты получается менее яркий состав голубого цвета свечения. Попытка получить борные люминофоры с иным цветом послесвечения не увенчалась успехом.

Более интересные составы получаются на основе сульфидов кальция, стронция и бария. Они имеют гораздо более длительное послесвечение и могут быть получены самых разных цветов и оттенков, от красного до фиолетово-синего. Недостатки — сравнительно не высокая яркость и недостаточная химическая стойкость (на открытом воздухе долго хранить нельзя).

Для синтеза этих составов исходные реактивы должны быть очищены до высокой степени чистоты, иначе вся работа пойдёт на смарку. Синтез проводится при высоких температурах, от 950°C до 1100°C в зависимости от состава.

Ниже приведены основные фотографии наиболее удачных составов, которые удалось сделать.

CaS•Bi (сульфид кальция активированный висмутом)

CaS/SrS•Bi (сульфид кальция/стонция 3:1 активированный висмутом)

SrS/CaS•Bi (сульфид стронция/кальция 3:1 активированный висмутом)

SrS•Bi (сульфид стронция активированный висмутом)

BaS•Bi (сульфид бария активированный висмутом)

BaS•Cu (сульфид бария активированный медью)

SrS•Eu,Tb (сульфид стронция активированный европием и тербием)

CaS/SrS•Eu,Tb (сульфид кальция/стронция 1:1 активированный европием и тербием)


Мои статьи по данной теме на elements.dp.ua:

Elements.dp.ua » Об авторе » Изготовление люминофоров