Фосфорът е общ термин за всякакъв материал, който може да излъчва светлина, когато е изложен на облъчване или електрическо поле. Той произлиза от гръцката дума „фосфорос“, означаваща „носител на светлина“. Фосфорите обикновено са полупроводници, които имат три енергийни зони: валентна зона, проводна зона и запретена зона.
Валентната зона е най-ниската енергийна ниво, където електроните са обикновено налични. Проводната зона е най-високото енергийно ниво, където електроните могат да се движат свободно. Запретената зона е разстоянието между валентната и проводната зона, където не могат да съществуват електрони.
Фосфорите могат да бъдат активирани, като се добавят примеси или допанти, които създават допълнителни енергийни нива във запретената зона. Тези енергийни нива действат като капани за електрони или дупки (положителни заряди), които са възбудени от облъчване или електрическо поле. Когато тези електрони или дупки се върнат в своите оригинални състояния, те освобождават енергия във форма на фотони светлина.
Как фосфорното покритие преобразува UV облъчването в видима светлина
Процесът на преобразуване на UV облъчването в видима светлина чрез фосфорното покритие се нарича флуоресценция. Флуоресценцията се случва, когато атом или молекула поглъща фотон с висока енергия и излъчва фотон с ниска енергия. Разликата в енергията между поглъщания и излъчения фотон се разсейва като топлина.
Следният диаграм показва как работи флуоресценцията в фосфорно покритие, направено от сулфид цинк (ZnS) с добавка на сребро (Ag) като активатор.
Модел на фосфора от сулфид цинк
A – B :- Скачок на електрона
B – E :- Миграция на електрона
E – D :- Скачок на електрона
D – C :- Скачок на електрона
A – C :- Миграция на дупката
Фотон с UV облъчване с дължина на вълната 253,7 nm удари фосфорното покритие и възбуди електрон от атом на сулфур (S) до атом на цинк (Zn). Това създава положителна дупка в валентната зона и отрицателен йон (Zn^-) с допълнителен електрон в проводната зона.
Допълнителният електрон мигрира от един Zn^- йон до друг през кристалната решетка в проводната зона.
Междувременно, положителната дупка се премества от един S атом до друг в валентната зона, докато достигне Ag атом, който действа като капан.
Ag атомът уловява електрона от Zn^- йона близо до него и става неутрален (Ag^0). Това освобождава фотон с видима светлина с по-дълга дължина на вълната от UV фотона.
Електронът от Ag^0 атома скача обратно към S атома, където беше създадена дупката, завършвайки цикъла.
Цветът на видимата светлина зависи от разликата в енергията между Ag капана и Zn^- нивото. Различни допанти могат да създадат различни капани и следователно различни цветове. Например, медта (Cu) може да произведе зелена светлина, магнезията (Mn) може да произведе оранжева светлина, а кадмиевата (Cd) може да произведе червена светлина.
Типове и приложения на фосфорното покритие
Има много типове фосфорно покритие, които могат да се използват в флуоресцентните лампи, в зависимост от желания цвят и качество на светлината. Някои общи типове са:
Халофосфат: Това е смес от калций халофосфат (Ca5(PO4)3X) и магнезиев тунгенат (MgWO4), където X може да бъде флуор (F), хлор (Cl) или бром (Br). Той произвежда бяла светлина с жълтеникав или синкав оттенък, в зависимост от отношенията между F, Cl или Br. Има нисък индекс на възпроизвеждане на цветовете, което означава, че не може точно да възпроизвежда цветовете. Ефективността на лампата е около 60 до 75 lm/W.
Трифосфор: Това е смес от три различни фосфора, всеки излъчващ основен цвят - червен, зелен и син. Комбинацията от тези цветове произвежда бяла светлина с висок индекс на възпроизвеждане на цветовете от 80 до 90 и ефективност на лампата около 80 до 100 lm/W. Лампите с трифосфор са по-скъпи от лампите с халофосфат, но предлагат по-добро качество на цвета и енергийна ефективност.
Мултифосфор: Това е смес от четири или повече фосфора, всеки излъчващ различен цвят от видимия спектър. Целта е да се създаде гладко и непрекъснато спектрално разпределение, което подражава на естествената дневна светлина. Лампите с мултифосфор имат най-висок индекс на възпроизвеждане на цветовете над 90 и ефективност на лампата около 90 до 110 lm/W. Те са и най-скъпите типове флуоресцентни лампи, но предлагат най-добро изпълнение на цветовете и визуален комфорт.
Фосфорното покритие може да се прилага по различни начини, като например с разпръскване, потапяне или електрофоретично депониране. Дебелината и равномерността на покритието влияят върху изходящата светлина и качеството на лампата. Фосфорното покритие може да се деградира с времето поради излагане на топлина, влажност и UV облъчване, което води до намалена яркост и промяна на цвета.
Фосфорното покритие се използва широко в различни приложения, които изискват висококачествено и енергийно ефективно осветление, като:
Общо осветление: Фосфорното покритие може да предостави бяла светлина с различни температури на цвета и индекси на възпроизвеждане на цветовете, в зависимост от нуждите и предпочитанията на потребителите. Например, топла бела светлина (2700 до 3000 K) е подходяща за домашни и хотелиерски условия, докато студена бела светлина (4000 до 5000 K) е предпочитана за офиси и комерсиални пространства.
Осветление за изложби: Фосфорното покритие може да подобри вида и привлекателността на продукти и изкуствени произведения, като предоставя ярки и точни цветове. Например, трифосфорни или мултифосфорни лампи могат да се използват за излагане на плодове, зеленчуци, месо, цветя, картини и т.н.
Медицинско осветление: Фосфорното покритие може да подобри видимостта и диагностицирането на медицински условия, като предоставя висококачествена и естествена светлина. Например, мултифосфорни лампи могат да се използват за хирургически процедури, стоматологични прегледи, лечение на кожата и т.н.
Специализирано осветление: Фосфорното покритие може да създаде различни ефекти и функции, като излъчва различни цветове или дължини на вълната. Например, лампи с черна светлина използват фосфори, които излъчват UV облъчване, което може да направи определени материали да светят в тъмното. Гермикидални лампи използват фосфори, които излъчват UV-C облъчване, което може да убие бактерии и вируси. Лампи за растеж използват фосфори, които излъчват червен и син цвят, които могат да стимулират растежа на растенията.
Заключение
Фосфорното покритие е важен компонент на флуоресцентните лампи, който преобразува UV облъчването в видима светлина. То определя цвета и качеството на светлината, произвеждана от лампата. Има различни типове фосфорно покритие, които могат да се използват за различни приложения и цели. Фосфорното покритие може да предостави енергийно ефективни и високоперформансни решения за осветление, отговарящи на различни нужди и предпочитания.
Заявление: Уважавайте оригинала, добри статии заслужават споделяне, ако има нарушение на права, моля се свържете за изтриване.
