Kandoluminiscence - Candoluminescence

Kandoluminiscence je světlo vydávané určitými materiály za zvýšených teplot (obvykle při vystavení a plamen ), která má na některých vlnových délkách intenzitu, která může být chemickým působením v plamenech vyšší než černé tělo emise očekávaná od žhavení při stejné teplotě.[1] Tento jev je jistý pozoruhodný přechodový kov a vzácná země oxidové materiály (keramika ) jako oxid zinečnatý, oxid ceričitý a oxid thoričitý.

Dějiny

Existence fenoménu kandoluminiscence a základního mechanismu jsou předmětem rozsáhlých výzkumů a debat od prvních zpráv o něm v 19. století. Téma bylo zvláště zajímavé před zavedením elektrického osvětlení, kdy většina umělého světla byla produkována spalováním paliva. Hlavní alternativní vysvětlení kandoluminiscence spočívá v tom, že jde pouze o „selektivní“ tepelnou emisi, při které má materiál velmi vysokou emisivitu ve viditelném spektru a velmi slabou emisivitu v té části spektra, kde by tepelná emise černého tělesa byla nejvyšší; v takovém systému bude mít emitující materiál tendenci udržovat vyšší teplotu kvůli nedostatku neviditelného radiačního chlazení. V tomto scénáři by pozorování kandoluminiscence jednoduše podcenila teplotu emitujících druhů. Několik autorů v padesátých letech dospělo k názoru, že kandoluminiscence je pouhým příkladem selektivní tepelné emise, a jeden z nejvýznamnějších vědců v oboru, V. A. Sokolov, jednou prosazoval vyloučení tohoto termínu z literatury ve svém známém článku z roku 1952[2] jen aby revidoval svůj názor o několik let později.[1] Moderní vědecká shoda je, že kandoluminiscence nastává, že to není vždy jen kvůli selektivní tepelné emisi, ale mechanismy se liší v závislosti na použitých materiálech a způsobu ohřevu, zejména na druhu plamene a poloze materiálu vzhledem k plamen.[1]

Mechanismus

Když palivo v plameni spaluje, energie uvolněná procesem spalování se ukládá ve spalinách, obvykle molekulárních fragmentech zvaných volné radikály. Produkty spalování jsou vzrušeny na velmi vysokou teplotu zvanou adiabatická teplota plamene (tj. teplota předtím, než je teplo odváděno pryč od produktů spalování). Tato teplota je obvykle mnohem vyšší než teplota vzduchu v plameni nebo kterou může dosáhnout předmět vložený do plamene. Když produkty spalování ztratí tuto energii zářením, může být záření intenzivnější než záření nízkoteplotního černého tělesa vloženého do plamene. Přesný použitý proces emise se liší podle materiálu, typu paliv a oxidačních činidel a typu plamene, i když v mnoha případech je dobře prokázáno, že volné radikály procházejí radiační rekombinace.[3] Toto energetické světlo vyzařované přímo ze spalin lze pozorovat přímo (jako u modrého plamene), v závislosti na vlnové délce, nebo může způsobit fluorescence v kandoluminiscenčním materiálu. Některé radikálové rekombinace vyzařují ultrafialový světlo, které je pozorovatelné pouze pomocí fluorescence.

Jedním důležitým kandoluminiscenčním mechanismem je kandoluminiscenční materiál katalyzuje rekombinace zvyšující intenzitu emise.[1] Emise extrémně úzkých vlnových délek spalinami je často důležitým znakem tohoto procesu, protože snižuje rychlost, jakou volné radikály ztrácejí teplo pro záření na neviditelných nebo nefluorescenčně vzrušujících vlnových délkách. V jiných případech se předpokládá, že excitované produkty spalování přímo přenášejí svoji energii na luminiscenční látky v pevném materiálu. V každém případě je klíčovým rysem kandoluminiscence to, že produkty spalování ztrácejí energii pro záření, aniž by se staly termální s prostředím, které umožňuje, aby efektivní teplota jejich záření byla mnohem vyšší než teplota tepelného vyzařování z materiálů v tepelná rovnováha s životním prostředím.

Světla Welsbach

Na počátku 20. století se vedla živá debata o tom, zda je k vysvětlení chování Welsbacha nutná kandoluminiscence plynové pláště nebo záře reflektorů. Jeden protiargument spočíval v tom, že jelikož například oxid thoria má v blízké infračervené oblasti mnohem nižší emisivitu než části viditelného spektra s kratší vlnovou délkou, neměl by být silně ochlazován infračerveným zářením, a proto se plášť oxidu thoria může přiblížit na teplotu plamene, než může materiál černého těla. Vyšší teplota by pak vedla k vyšším úrovním vyzařování ve viditelné části spektra, aniž by bylo třeba vysvětlovat kandoluminiscence.[4]

Dalším argumentem bylo, že oxidy v plášti mohou aktivně absorbovat produkty spalování a tím se selektivně zvyšovat na teploty spalin.[5] Zdá se, že někteří novější autoři dospěli k závěru, že ani Welsbachovy pláště ani záře reflektorů nezahrnují kandoluminiscenci (např.[3]), ale Ivey v rozsáhlém přehledu 254 zdrojů[1] dospěli k závěru, že katalýza rekombinace volných radikálů zvyšuje emise Welsbachových plášťů, takže jsou kandoluminiscenční.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E H. F. Ivey, „Kandoluminiscence a radikálně vzrušená luminiscence,“ Journal of Luminescence 8: 4, s. 271–307 (1974)
  2. ^ Соколов В. А. (1952). „Кандолюминесценция (Candoluminescence)“ (PDF). Успехи физических наук (Russian Journal of Physics). XLVII (4): 537–560. ISSN  0042-1294.
  3. ^ A b D. M. Mason, "Kandoluminiscence" v Proc. Dopoledne. Chem. Soc., Div. Fuel Chem., V. 11: 2, s. 540–554, (1967).
  4. ^ nás 4539505, A. Riseberg, Leslie, „Candoluminiscenční zdroj elektrického světla“, vydaný 3. září 1985  (Upozorňujeme však, že patenty nejsou recenzovanými zdroji.)
  5. ^ Komentář od C. P. Steinmetz na H. E. Ives a W. W. Coblentz "Světlo světlušky" v Transakce společnosti Illuminating Engineering Society V. 4, s. 677–679, (1909).

externí odkazy