Фосфор — это общий термин для любого вещества, которое может излучать свет при воздействии излучения или электрического поля. Он происходит от греческого слова "фосфор", что означает "приносящий свет". Фосфоры обычно являются полупроводниками, которые имеют три энергетические зоны: зону валентных электронов, зону проводимости и запрещенную зону.
Зона валентных электронов — это наименьший энергетический уровень, где электроны обычно находятся. Зона проводимости — это наивысший энергетический уровень, где электроны могут свободно перемещаться. Запрещенная зона — это промежуток между зоной валентных электронов и зоной проводимости, где электроны не могут существовать.
Фосфоры можно активировать добавлением примесей или легирующих добавок, которые создают дополнительные энергетические уровни внутри запрещенной зоны. Эти энергетические уровни действуют как ловушки для электронов или дырок (положительных зарядов), которые возбуждаются излучением или электрическими полями. Когда эти электроны или дырки возвращаются в свои исходные состояния, они высвобождают энергию в виде фотонов света.
Как фосфорное покрытие преобразует УФ-излучение в видимый свет
Процесс преобразования УФ-излучения в видимый свет с помощью фосфорного покрытия называется флуоресценцией. Флуоресценция происходит, когда атом или молекула поглощает фотон высокочастотного излучения и испускает фотон низкочастотного излучения. Разница в энергии между поглощенным и испущенным фотонами рассеивается в виде тепла.
Следующая диаграмма иллюстрирует, как работает флуоресценция в фосфорном покрытии, изготовленном из сульфида цинка (ZnS) с добавкой серебра (Ag) в качестве активатора.
Модель фосфора сульфида цинка
A – B: Переход электрона
B – E: Перемещение электрона
E – D: Переход электрона
D – C: Переход электрона
A – C: Перемещение дырки
Фотон УФ-излучения с длиной волны 253,7 нм попадает на фосфорное покрытие и возбуждает электрон от атома серы (S) к атому цинка (Zn). Это создает положительную дырку в зоне валентных электронов и отрицательный ион (Zn^-) с дополнительным электроном в зоне проводимости.
Дополнительный электрон мигрирует от одного иона Zn^- к другому через кристаллическую решетку в зоне проводимости.
Между тем, положительная дырка перемещается от одного атома S к другому в зоне валентных электронов, пока не достигнет атома Ag, который действует как ловушка.
Атом Ag захватывает электрон от ближайшего иона Zn^- и становится нейтральным (Ag^0). При этом испускается фотон видимого света с большей длиной волны, чем УФ-фотон.
Электрон от атома Ag^0 переходит обратно к атому S, где была создана дырка, завершая цикл.
Цвет видимого света зависит от разницы энергии между уровнем ловушки Ag и уровнем Zn^-. Разные легирующие добавки могут создавать разные уровни ловушек и, следовательно, разные цвета. Например, медь (Cu) может производить зеленый свет, марганец (Mn) — оранжевый, а кадмий (Cd) — красный.
Типы и применение фосфорного покрытия
Существует множество типов фосфорного покрытия, которые можно использовать в люминесцентных лампах, в зависимости от желаемого цвета и качества света. Некоторые распространенные типы:
Галофосфат: Это смесь галофосфата кальция (Ca5(PO4)3X) и вольфрамата магния (MgWO4), где X может быть фтором (F), хлором (Cl) или бромом (Br). Он производит белый свет с желтоватым или голубоватым оттенком, в зависимости от соотношения F к Cl или Br. У него низкий индекс цветопередачи, что означает, что он не может точно передавать цвета. Эффективность лампы составляет около 60-75 лм/Вт.
Трифосфор: Это смесь трех разных фосфоров, каждый из которых излучает основной цвет: красный, зеленый и синий. Комбинация этих цветов производит белый свет с высоким индексом цветопередачи 80-90 и эффективностью лампы около 80-100 лм/Вт. Лампы с трифосфором дороже, чем лампы с галофосфатом, но они предлагают лучшее качество цвета и энергоэффективность.
Мультифосфор: Это смесь четырех или более фосфоров, каждый из которых излучает разный цвет видимого спектра. Цель состоит в том, чтобы создать гладкое и непрерывное спектральное распределение, имитирующее естественный дневной свет. Лампы с мультифосфором имеют самый высокий индекс цветопередачи свыше 90 и эффективность лампы около 90-110 лм/Вт. Они также самые дорогие, но обеспечивают наилучшее качество цвета и комфорт восприятия.
Фосфорное покрытие можно наносить различными способами, такими как распыление, погружение или электрофоретическое осаждение. Толщина и равномерность покрытия влияют на световой поток и качество лампы. Фосфорное покрытие также может деградировать со временем из-за воздействия тепла, влажности и УФ-излучения, что приводит к снижению яркости и изменению цвета.
Фосфорное покрытие широко используется в различных приложениях, требующих качественного и энергоэффективного освещения, таких как:
Общее освещение: Фосфорное покрытие может обеспечивать белый свет с разной цветовой температурой и индексом цветопередачи, в зависимости от потребностей и предпочтений пользователей. Например, теплый белый свет (2700-3000 К) подходит для жилых и гостиничных помещений, а холодный белый свет (4000-5000 К) предпочитают для офисов и коммерческих пространств.
Освещение для демонстрации: Фосфорное покрытие может улучшать внешний вид и привлекательность продуктов и произведений искусства, обеспечивая яркие и точные цвета. Например, лампы с трифосфором или мультифосфором можно использовать для демонстрации фруктов, овощей, мяса, цветов, картин и т.д.
Медицинское освещение: Фосфорное покрытие может улучшать видимость и диагностику медицинских состояний, обеспечивая высококачественное и естественное освещение. Например, лампы с мультифосфором можно использовать для хирургических процедур, стоматологических осмотров, лечения кожи и т.д.
Специализированное освещение: Фосфорное покрытие может создавать различные эффекты и функции, излучая разные цвета или длины волн света. Например, черные лампы используют фосфоры, которые излучают УФ-излучение, которое может сделать определенные материалы светящимися в темноте. Гермицидные лампы используют фосфоры, которые излучают УФ-С излучение, которое может убивать бактерии и вирусы. Лампы для растений используют фосфоры, которые излучают красный и синий свет, стимулирующий рост растений.
Заключение
Фосфорное покрытие является важным компонентом люминесцентных ламп, который преобразует УФ-излучение в видимый свет. Оно определяет цвет и качество света, производимого лампой. Существуют различные типы фосфорного покрытия, которые можно использовать для различных применений и целей. Фосфорное покрытие может обеспечивать энергоэффективные и высокопроизводительные решения освещения для различных нужд и предпочтений.
Заявление: Уважайте оригинальные, хорошие статьи, достойные обмена, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.
