Ο φθεγκτικός είναι ένας γενικός όρος για οποιοδήποτε υλικό που μπορεί να εκλύει φως όταν εκτίθεται σε ακτινοβολία ή ηλεκτρικά πεδία. Προέρχεται από την ελληνική λέξη "φθεγκτήρ", που σημαίνει "φέρων φως". Οι φθεγκτικοί είναι συνήθως ημιαγωγοί, οι οποίοι έχουν τρία ενεργειακά ζώνης: ζώνη βαλεντίας, ζώνη μετάδοσης και απαγορευμένη ζώνη.
Η ζώνη βαλεντίας είναι το χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο όπου οι ηλεκτρόνια είναι συνήθως παρόντα. Η ζώνη μετάδοσης είναι το υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο όπου τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα. Η απαγορευμένη ζώνη είναι η διάσταση μεταξύ της ζώνης βαλεντίας και της ζώνης μετάδοσης, όπου δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια.
Οι φθεγκτικοί μπορούν να ενεργοποιηθούν με την προσθήκη ρυπαντών ή δοπαντών, οι οποίοι δημιουργούν επιπλέον ενεργειακά επίπεδα μέσα στην απαγορευμένη ζώνη. Αυτά τα ενεργειακά επίπεδα λειτουργούν ως παγίδες για ηλεκτρόνια ή τρύπες (θετικά φορτία) που ενεργοποιούνται από ακτινοβολία ή ηλεκτρικά πεδία. Όταν αυτά τα ηλεκτρόνια ή τρύπες επιστρέφουν στα αρχικά τους καταστήματα, αποδίδουν ενέργεια ως φωτόνια φωτός.
Πώς η επένδυση με φθεγκτικό μετατρέπει την UV ακτινοβολία σε ορατό φως
Η διαδικασία μετατροπής της UV ακτινοβολίας σε ορατό φως μέσω της επένδυσης με φθεγκτικό ονομάζεται φθεγκτικότητα. Η φθεγκτικότητα συμβαίνει όταν ένα άτομο ή μόριο απορροφά ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας και εκλύει ένα φωτόνιο χαμηλής ενέργειας. Η διαφορά ενέργειας μεταξύ του απορροφηθέντος και του εκλυθέντος φωτόνιου αποδίδεται ως θερμότητα.
Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει πώς λειτουργεί η φθεγκτικότητα σε μια επένδυση με φθεγκτικό από σίδηρο θειού (ZnS) δοπαντισμένη με αργυρό (Ag) ως ενεργοποιητή.
Μοντέλο φθεγκτικού του σίδηρου θειού
Α – B :- Μετακίνηση ηλεκτρόνιου
B – E :- Μετακίνηση ηλεκτρόνιου
E – D :- Μετακίνηση ηλεκτρόνιου
D – C :- Μετακίνηση ηλεκτρόνιου
A – C :- Μετακίνηση τρύπας
Ένα φωτόνιο UV ακτινοβολίας με μήκος κύματος 253,7 nm πλήττει την επένδυση με φθεγκτικό και ενεργοποιεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο θείου (S) σε ένα άτομο σιδήρου (Zn). Αυτό δημιουργεί μια θετική τρύπα στη ζώνη βαλεντίας και ένα αρνητικό ιόν (Zn^-) με ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο στη ζώνη μετάδοσης.
Το επιπλέον ηλεκτρόνιο μετακινείται από ένα Zn^- ιόν σε άλλο μέσα από το κρυσταλλικό πλέγμα στη ζώνη μετάδοσης.
Εν τω μεταξύ, η θετική τρύπα μετακινείται από ένα άτομο S σε άλλο στη ζώνη βαλεντίας μέχρι να φτάσει σε ένα άτομο Ag, το οποίο λειτουργεί ως παγίδα.
Το άτομο Ag πιάνει το ηλεκτρόνιο από το Zn^- ιόν κοντά του και γίνεται ουδέτερο (Ag^0). Αυτό εκλύει ένα φωτόνιο ορατού φωτός με μεγαλύτερο μήκος κύματος από το φωτόνιο UV.
Το ηλεκτρόνιο από το άτομο Ag^0 πηδάίνει πίσω στο άτομο S όπου δημιουργήθηκε η τρύπα, ολοκληρώνοντας τον κύκλο.
Το χρώμα του ορατού φωτός εξαρτάται από τη διαφορά ενέργειας μεταξύ του επιπέδου παγίδας του Ag και του επιπέδου του Zn^-. Διαφορετικοί δοπαντές μπορούν να δημιουργήσουν διαφορετικά επίπεδα παγίδας και έτσι διαφορετικά χρώματα. Για παράδειγμα, ο χάλκος (Cu) μπορεί να παράγει πράσινο φως, το μάγχαινο (Mn) μπορεί να παράγει πορτοκαλί φως και το κάδμιο (Cd) μπορεί να παράγει κόκκινο φως.
Τύποι και εφαρμογές της επένδυσης με φθεγκτικό
Υπάρχουν πολλοί τύποι επένδυσης με φθεγκτικό που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φθεγκτικές λάμπες, ανάλογα με το επιθυμητό χρώμα και ποιότητα φωτός. Κάποιοι κοινοί τύποι είναι:
Χαλοφθεγκτικό: Αυτό είναι ένα μείγμα από καλσίου χαλοφθεγκτικό (Ca5(PO4)3X) και μαγνησίου τουνγκστάτη (MgWO4), όπου X μπορεί να είναι χλωρό (F), χλώριο (Cl) ή βρώμιο (Br). Παράγει λευκό φως με κίτρινο ή μπλε χρωματισμό, ανάλογα με το λόγο F προς Cl ή Br. Έχει χαμηλή δείκτη αποδόσεως χρωμάτων, που σημαίνει ότι δεν μπορεί να αποδώσει ακριβώς τα χρώματα. Η απόδοση της λάμπης είναι περίπου 60 έως 75 lm/W.
Τριφθεγκτικό: Αυτό είναι ένα μείγμα τριών διαφορετικών φθεγκτικών, καθένα από τα οποία εκλύει ένα βασικό χρώμα, κόκκινο, πράσινο και μπλε. Η συνδυασμός αυτών των χρωμάτων παράγει λευκό φως με υψηλή δείκτη αποδόσεως χρωμάτων 80 έως 90 και α
