Fosfor er et generelt term for enhver stoff som kan sende ut lys når det eksponeres for stråling eller elektriske felt. Det er avledet fra det greske ordet “phosphoros”, som betyr “lysbringende”. Fosforer er vanligvis halvledere, som har tre energibånd: valensbånd, ledbånd, og forbudtbånd.
Valensbåndet er den laveste energinivået der elektroner normalt forekommer. Ledbåndet er det høyeste energinivået der elektroner kan bevege seg fritt. Forbudtbåndet er gapet mellom valens- og ledbånd, hvor ingen elektroner kan eksistere.
Fosfor kan aktiveres ved å legge til urenheter eller dopanter, som oppretter ekstra energinivåer innenfor forbudtbåndet. Disse energinivåene fungerer som feller for elektroner eller hull (positive ladninger) som blir opphisset av stråling eller elektriske felt. Når disse elektronene eller hullene returnerer til sine opprinnelige tilstander, frigir de energi som fotoner av lys.
Hvordan fosforbelag konverterer UV-stråling til synlig lys
Prosess for å konvertere UV-stråling til synlig lys ved hjelp av fosforbelag kalles fluorescens. Fluorescens forekommer når et atom eller molekyl absorberer et foton med høy energi og emitterer et foton med lavere energi. Forskjellen i energi mellom det absorberte og det emiterte fotonet dissiperes som varme.
Følgende diagram viser hvordan fluorescens fungerer i et fosforbelag av sinksvovel (ZnS) dopet med sølv (Ag) som aktiverer.
Fosformodell av sinksvovel
A – B :- Elektronhopp
B – E :- Elektronmigrasjon
E – D :- Elektronhopp
D – C :- Elektronhopp
A – C :- Hullmigrasjon
Et foton av UV-stråling med bølgelengde 253,7 nm treffer fosforbelaget og opphisset et elektron fra et svovel (S) atom til et sink (Zn) atom. Dette skaper et positivt hull i valensbåndet og et negativt ion (Zn^-) med et ekstra elektron i ledbåndet.
Det ekstra elektronet migrerer fra et Zn^- ion til et annet gjennom kristallgitteret i ledbåndet.
Samtidig flytter det positive hull fra et S atom til et annet i valensbåndet til det når et Ag atom, som fungerer som en felle.
Ag-atomet fanger elektronet fra Zn^- ionen nær det og blir nøytral (Ag^0). Dette frigir et foton av synlig lys med lengre bølgelengde enn UV-fotonet.
Elektronet fra Ag^0-atomet hopper tilbake til S-atomet der hull ble skapt, og fullfører syklusen.
Fargen av det synlige lyset avhenger av energiforskjellen mellom Ag-trappen og Zn^--nivået. Forskjellige dopanter kan skape forskjellige trapper og dermed forskjellige farger. For eksempel kan kobber (Cu) produsere grønt lys, manganes (Mn) kan produsere oransje lys, og cadmium (Cd) kan produsere rødt lys.
Typer og anvendelser av fosforbelag
Det finnes mange typer fosforbelag som kan brukes i lysestriper, avhengig av ønsket farge og lyskvalitet. Noen vanlige typer er:
Halofosfat: Dette er en blanding av kalsiumhalofosfat (Ca5(PO4)3X) og magnesium tungstat (MgWO4), der X kan være fluor (F), klor (Cl) eller brom (Br). Det produserer hvitt lys med en gulaktig eller blåaktig ton, avhengig av forholdet mellom F og Cl eller Br. Det har en lav fargegengivelsesindeks, som betyr at det ikke kan gengi farger nøyaktig. Lampen effektivitet er omtrent 60 til 75 lm/W.
Tri-fosfor: Dette er en blanding av tre forskjellige fosforer, hver som emiterer en primær farge av rødt, grønt og blått. Kombinasjonen av disse fargene produserer hvitt lys med en høy fargegengivelsesindeks på 80 til 90 og en lampeeffektivitet på omtrent 80 til 100 lm/W. Tri-fosforlamper er dyrere enn halofosfatlamper, men de gir bedre fargekvalitet og energieffektivitet.
Multi-fosfor: Dette er en blanding av fire eller flere fosforer, hver som emiterer en forskjellig farge av det synlige spekteret. Målet er å skape en jevn og kontinuerlig spektralfordeling som etterlikner naturlig dagslys. Multi-fosforlamper har den høyeste fargegengivelsesindeksen over 90 og en lampeeffektivitet på omtrent 90 til 110 lm/W. De er også den mest dyre typen av lysestriplamper, men de gir den beste fargeytelsen og visuelle komfort.
Fosforbelag kan påføres på forskjellige måter, som sprøyting, dyping eller elektroforetisk deposisjon. Tykkelsen og uniformiteten av belaget påvirker lysutgangen og kvaliteten på lampen. Fosforbelaget kan også degenerere over tid på grunn av eksponering for varme, fuktighet og UV-stråling, noe som fører til redusert lysstyrke og fargeskyving.
Fosforbelag brukes vidt utbredt i ulike anvendelser som krever høykvalitet og energieffektiv belysning, som:
Generell belysning: Fosforbelag kan gi hvitt lys med ulike fargetemperaturer og fargegengivelsesindeks, avhengig av brukernes behov og preferanser. For eksempel er varmt hvitt lys (2700 til 3000 K) egnet for boliger og hotell, mens kaldt hvitt lys (4000 til 5000 K) foretrekes for kontorer og kommersielle rom.
Visebelysning: Fosforbelag kan forbedre utseendet og tiltrekkeligheten til produkter og kunstverk ved å gi levende og nøyaktige farger. For eksempel kan tri-fosfor eller multi-fosforlamper brukes for å vise frukt, grønnsaker, kjøtt, blomster, malerier osv.
Medisinsk belysning: Fosforbelag kan forbedre synligheten og diagnosen av medisinske tilstander ved å gi høykvalitet og naturlig lys. For eksempel kan multi-fosforlamper brukes for kirurgiske prosedyrer, tannlegeundersøkelser, hudbehandlinger osv.
Spesiell belysning: Fosforbelag kan skape ulike effekter og funksjoner ved å sende ut ulike farger eller bølgelengder av lys. For eksempel bruker svart lyslamper fosforer som sender ut UV-stråling som kan få bestemte materialer til å lyse i mørket. Bakterieslemlamper bruker fosforer som sender ut UV-C-stråling som kan drepe bakterier og virus. Vekstlamper bruker fosforer som sender ut rødt og blått lys som kan stimulere plantevækst.
Konklusjon
Fosforbelag er en essensiell komponent i lysestriper som konverterer UV-stråling til synlig lys. Det bestemmer fargen og kvaliteten på det lyset som lampen produserer. Det finnes ulike typer fosforbelag som kan brukes for ulike formål. Fosforbelag kan gi energieffektive og høypresterende belysningsløsninger for ulike behov og preferanser.
Erklæring: Respektér originalen, gode artikler fortjener å deles, hvis det er noen kränkelse, kontakt oss for sletting.
