Fosfor är en allmän term för alla ämnen som kan emittera ljus när de utsätts för strålning eller elektriska fält. Det härleds från det grekiska ordet "phosphoros", vilket betyder "ljusbärare". Fosforer är vanligtvis halvledare, vilka har tre energibanden: väteband, ledningsband, och förbjudet band.
Vätebandet är den lägsta energinivån där elektroner är vanligtvis närvarande. Ledningsbandet är den högsta energinivån där elektroner kan röra sig fritt. Förbjudet band är gapet mellan vätebandet och ledningsbandet, där inga elektroner kan existera.
Fosforer kan aktiveras genom att lägga till orenheter eller dopanter, vilka skapar ytterligare energinivåer inom det förbjudna bandet. Dessa energinivåer fungerar som fällor för elektroner eller hål (positiva laddningar) som upphetsas av strålning eller elektriska fält. När dessa elektroner eller hål återvänder till sina ursprungliga tillstånd frigör de energi som fotoner av ljus.
Hur fosforbeläggning omvandlar UV-strålning till synligt ljus
Processen att omvandla UV-strålning till synligt ljus genom fosforbeläggning kallas fluorescence. Fluorescence inträffar när ett atom eller molekyl absorberar ett foton av högenergi strålning och emitterar ett foton av lågenergi strålning. Skillnaden i energi mellan det absorberade och emitterade fotonet dissiperas som värme.
Följande diagram illustrerar hur fluorescence fungerar i en fosforbeläggning gjord av zinksulfid (ZnS) dopad med silver (Ag) som aktivator.
Fosformodell av zinksulfid
A – B :- Elektronhopp
B – E :- Elektronmigration
E – D :- Elektronhopp
D – C :- Elektronhopp
A – C :- Hålmigration
Ett foton av UV-strålning med en våglängd på 253,7 nm träffar fosforbeläggningen och upphettar ett elektron från en svavel (S) atom till en zink (Zn) atom. Detta skapar ett positivt hål i vätebandet och en negativ jon (Zn^-) med ett extra elektron i ledningsbandet.
Det extra elektronet migrerar från en Zn^- jon till en annan genom kristallstrukturen i ledningsbandet.
Samtidigt flyttar det positiva hålet från en S atom till en annan i vätebandet tills det når en Ag atom, vilken fungerar som en fälla.
Ag-atomen fångar elektronet från den närliggande Zn^- jon och blir neutral (Ag^0). Detta frigör ett foton av synligt ljus med en längre våglängd än det UV-fotonet.
Elektronen från Ag^0 atomen hoppar tillbaka till S-atomen där hålet skapades, vilket slutför cykeln.
Färgen på det synliga ljuset beror på energiskillnaden mellan Ag-fällnivån och Zn^- nivån. Olika dopanter kan skapa olika fällnivåer och därmed olika färger. Till exempel kan koppar (Cu) producera grön färg, mangan (Mn) kan producera orange färg, och kadmium (Cd) kan producera röd färg.
Typer och tillämpningar av fosforbeläggning
Det finns många typer av fosforbeläggning som kan användas i fluorescentlampor, beroende på den önskade färgen och kvaliteten på ljuset. Några vanliga typer är:
Halofosfat: Detta är en blandning av kalciumhalofosfat (Ca5(PO4)3X) och magnesiumtungstat (MgWO4), där X kan vara fluor (F), klor (Cl) eller brom (Br). Det producerar vitt ljus med en gulaktig eller blåaktig ton, beroende på förhållandet mellan F och Cl eller Br. Det har en låg färgåtergivningsindex, vilket betyder att det inte kan återge färger korrekt. Lampens effektivitet är cirka 60 till 75 lm/W.
Tri-fosfat: Detta är en blandning av tre olika fosforer, varje en emitterar en primär färg av röd, grön och blå. Kombinationen av dessa färger producerar vitt ljus med ett högt färgåtergivningsindex på 80 till 90 och en lamp-effektivitet på cirka 80 till 100 lm/W. Tri-fosfatlampor är dyrare än halofosfatlampor, men de erbjuder bättre färgkvalitet och energieffektivitet.
Multi-fosfat: Detta är en blandning av fyra eller fler fosforer, varje en emitterar en annan färg av det synliga spektrumet. Målet är att skapa en jämn och kontinuerlig spektralfördelning som efterliknar naturligt dagsljus. Multi-fosfatlampor har det högsta färgåtergivningsindex över 90 och en lamp-effektivitet på cirka 90 till 110 lm/W. De är också den dyraste typen av fluorescentlampor, men de ger den bästa färgprestandan och visuella komfort.
Fosforbeläggning kan appliceras på olika sätt, såsom sprutning, doppning eller elektroforetisk deposition. Tjockleken och jämnheten på beläggningen påverkar ljusutsläppet och kvaliteten på lampan. Fosforbeläggningen kan också försämras över tid på grund av exponering för värme, fuktighet och UV-strålning, vilket resulterar i minskad ljusstyrka och färgförändring.
Fosforbeläggning används brett i olika tillämpningar som kräver högkvalitativt och energieffektivt belysning, såsom:
Generell belysning: Fosforbeläggning kan ge vitt ljus med olika färgtemperaturer och färgåtergivningsindex, beroende på användarnas behov och preferenser. Till exempel är varmt vitt ljus (2700 till 3000 K) lämpligt för bostads- och hotellsammanhang, medan kallt vitt ljus (4000 till 5000 K) föredras för kontor och kommersiella utrymmen.
Utställningsbelysning: Fosforbeläggning kan förbättra utseendet och attraktionsförmågan hos produkter och konstverk genom att ge levande och korrekta färger. Till exempel kan tri-fosfat eller multi-fosfatlampor användas för att visa frukt, grönsaker, kött, blommor, målningar, etc.
Medicinsk belysning: Fosforbeläggning kan förbättra synbarheten och diagnosen av medicinska tillstånd genom att ge högkvalitativt och naturligt utseende på ljus. Till exempel kan multi-fosfatlampor användas för kirurgiska procedurer, tandläkarundersökningar, hudbehandlingar, etc.
Specialbelysning: Fosforbeläggning kan skapa olika effekter och funktioner genom att emittera olika färger eller våglängder av ljus. Till exempel använder svartljuslampor fosforer som emitterar UV-strålning som kan få vissa material att lysa i mörker. Germicidalampor använder fosforer som emitterar UV-C-strålning som kan döda bakterier och virus. Växtodlinglampor använder fosforer som emitterar rött och blått ljus som kan stimulera växtväxt.
Slutsats
Fosforbeläggning är en viktig komponent i fluorescentlampor som omvandlar UV-strålning till synligt ljus. Den bestämmer färgen och kvaliteten på det producerade ljuset. Det finns olika typer av fosforbeläggning som kan användas för olika tillämpningar och ändamål. Fosforbeläggning kan erbjuda energieffektiva och högpresterande belysningslösningar för olika behov och preferenser.
Uttalande: Respektera original, bra artiklar är värda att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för borttagning.
