Fosfor (optoelectronică)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Un monitor cu fosfor verde

Fosforul este o substanță care prezintă fenomenul optic de fosforescență (după expunerea la lumină sau particule energetice, cum ar fi electronii rapizi ). Termenul se pronunță fosfor, cu accent plat, pentru a-l deosebi de elementul chimic fosfor [1] .

Numele derivă din cel al elementului chimic fosfor (din grecescul φωσφόρος, fosfóros , „purtător de lumină”), descoperit de alchimistul german Hennig Brand în 1669 . În timp ce lucra la Hamburg, Brand a încercat să distileze unele tipuri de „esență de viață” din urină și, în acest proces, a produs un material alb care strălucea în întuneric. De atunci, termenul de fosforescență a fost folosit pentru a defini substanțele care strălucesc în întuneric după absorbția anterioară a radiației electromagnetice cu frecvențe adecvate.

Fosforul în sine nu este un fosfor; fiind foarte reactiv, dacă este expus la aer se oxidează lent trecând prin diferite stări excitate; acestea în cădere înapoi treptat spre starea mai stabilă emit fotoni în vizibil . Acest fenomen constituie chemiluminescență , deoarece stările excitate sunt atinse de cauze chimice (aici oxidare), nu fotonice (iradiere). Lumina observată de Brand a fost de fapt cauzată de arderea foarte lentă a fosforului, dar, din moment ce nu vedea flăcări sau căldură (oxidare la rece), nu a considerat că este așa.

Fosforii sunt compuși ai metalelor de tranziție sau compuși de pământuri rare de diferite tipuri. Cea mai obișnuită utilizare a fosforilor este în afișajele cu raze catodice și lămpile fluorescente . Fosforii cu raze catodice au fost standardizați la începutul celui de-al doilea război mondial și se disting prin litera „P” urmată de un număr.

Materiale

Fosforii sunt de obicei fabricați dintr-un material compatibil la care se adaugă un activator. Cea mai cunoscută este sulfura de zinc , activată cu cupru sau argint ( sulfat de zinc de argint ).

Materialele de bază sunt de obicei oxizi , sulfuri , selenuri , halogeni sau silicați de zinc , cadmiu , mangan , aluminiu , siliciu sau diferite metale rare ( pământuri rare ). Activatorii extind timpul de lumină ulterioară . În schimb, alte materiale (de ex. Nichel ) pot fi utilizate pentru a reduce strălucirea .

Jucării luminescente

Spectrul de fosfor albastru, verde și roșu într-un ecran CRT comun.
  • Sulfura de calciu și sulfura de stronțiu cu bismut ca activator, (Ca, Sr) S: Bi, emite o lumină albastră cu timpi de luminescență de până la 12 ore [2] , roșu și portocaliu sunt modificări ale formulei sulfurii zincului. Culoarea roșie poate fi obținută din sulfura de stronțiu .
  • Sulfura de zinc cu aproximativ cinci ppm dintr-un activator de cupru este cel mai comun fosfor pentru jocurile strălucitoare în întuneric și altele asemenea. Se mai numește fosfor GS .
  • Amestecurile de sulfură de zinc și sulf de cadmiu emit culori în funcție de raportul lor; creșterea conținutului de CdS modifică culoarea luminii dând naștere la lungimi de undă mai mari; durata sa variază de la 1 la 10 ore.
  • Europiu activat aluminat de stronțiu , SrAl 2 O 4: Eu: Dy, este un material nou cu luminozitate mai mare și o persistență decidedly mai lungă; emite lumină verde și acvatică, unde verde emite cea mai mare luminozitate, în timp ce apa se caracterizează prin cea mai lungă durată de viață. SrAl 2 O 4 : Eu: Dy emite de 10 ori mai multă lumină, de 10 ori mai durabilă și de 10 ori mai scumpă decât ZnS: Cu. Lungimile de undă de excitație pentru aluminatul de stronțiu variază între 200 și 450 nm. Lungimea de undă pentru fluorescența verde este de 520 nm, pentru versiunea verde-albastru este de 505 nm, în timp ce pentru versiunea albastră este de 490 nm. Culorile cu o lungime de undă mai mare pot fi obținute întotdeauna din aluminat de stronțiu, în detrimentul unei pierderi de luminozitate.

În aceste aplicații, fosforii sunt adăugați la amestecul de plastic utilizat pentru jucării sau utilizați în plus față de un solvent pentru a face vopsele.

ZnS: Fosforii pe bază de Cu sunt folosiți în produsele cosmetice fluorescente, adesea folosite de Halloween .

În general, persistența unui fosfor crește odată cu creșterea lungimii de undă.

Surse de lumină radioactive

Amestecuri de sulfură de zinc cu unele materiale radioactive (unde fosforii au fost excitați prin decăderea alfa și beta), au fost folosiți ca pigmenți în fețele ceasului și instrumentele.

Formula folosită în cadranele între 1913 și 1950 a fost un amestec de radiu -228 și radiu-226 cu un scintilator din zinc și sulfură de argint ( ZnS: Ag ). Cu toate acestea, sulfura de zinc se degradează în timp, ducând astfel la o pierdere progresivă a luminozității (chiar înainte ca radioactivitatea radiului să se termine).

ZnS: Fosforul pe bază de Ag emite o strălucire verzuie. Nu poate fi utilizat în secțiuni mai mari de 25 mg / cm², datorită autoabsorbției luminii. Ecranele bazate pe ZnS: Ag au fost folosite de Ernest Rutherford pentru experimentele sale asupra nucleilor atomilor.

Sulfura de zinc activată din cupru ( ZnS: Cu ) este cel mai frecvent fosfor. Emite o lumină albastru-verzuie.

Prin adăugarea la activatorul de magneziu ( ZnS: Cu, Mg ) fosforul emite o lumină galben-portocalie.

Traser sunt surse de lumină construite dintr-un tub de sticlă borosilicat acoperit cu fosfor umplut cu o atmosferă pe bază de tritiu .

Electroluminiscență

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Electroluminiscența .

Electroluminiscența poate fi utilizată ca sursă de lumină. Dispozitivele care profită de această proprietate emit, în general, lumină dintr-o zonă mare, făcându-le utile pentru iluminarea de fundal a ecranelor LCD . Excitația fosforilor în general se datorează unui câmp electric puternic, în general reglat în frecvență. Cu toate acestea, dispozitivele electroluminescente se degradează odată cu utilizarea, ducând astfel la o degradare a luminozității pe măsură ce viața lor operațională progresează.

Fosfor alb în pulbere
  • ZnS: Cu a fost una dintre primele formule ale componentelor electroluminescente; a fost testat în 1936 de Georges Destriau în laboratorul Marie Curie din Paris .

Compusul pe bază de oxid de indiu ( ITO , cunoscut sub numele de IndiGlo ) este utilizat în unele ceasuri Timex; gândit ca un electrod nu este tocmai un fosfor. „Californeon” este un alt brand de fosfor, pe care se bazează compusul, funcționarea multor șiruri electroluminescente [3] .

LED-uri albe

LED-urile albe, în general, sunt LED-uri albastre normale pe bază de InGaN , cu acoperire pe bază de fosfor.

Yttrium și granatul de aluminiu (YAG) dopat cu Cerium (III) este adesea folosit ( YAG: Ce 3+ , sau Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ ); absoarbe lumina ledului albastru și emite lumină în gama verde-roșu cu un vârf în galben. Emisia de culoare galben pal a Ce 3+ : YAG poate fi modificată prin adăugarea de pământuri rare, cum ar fi terbiu și gadoliniu, și poate fi modificată în continuare prin înlocuirea întregului aluminiu prezent în YAG cu galiu.

LED-urile albe se obțin, de asemenea, prin efectuarea unui dopaj pe bază de europiu (care emite lumină roșie și albastră) și sulfură de zinc cu activator de cupru și aluminiu (ZnS: Cu, Al) pe un LED UV. Această metodă imită funcționarea lămpilor fluorescente .

Tuburi catodice

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: tubul catodic .

Fosforii sunt adesea conductori electrici foarte răi. Acest lucru ar putea determina depunerea de încărcături reziduale pe ecran, rezultând o pierdere a energiei de impact a electronilor din cauza repulsiei electrostatice. Pentru a elimina această problemă, un strat subțire de aluminiu este depus peste fosfor și este conectat la rețeaua conductivă de pe monitor. Acest strat, pe lângă eliminarea acestei probleme, are o dublă funcție: reflectă lumina fosforilor din exterior și îi protejează de bombardamentele ionice cauzate de un vid imperfect.

Combinația de sulfură de zinc cu cupru , numită fosfor P31 (sau ZnS: Cu), produce lumină verde în vârful de 531 nm, cu o luminozitate relativă de lungă durată.

Combinația de sulfură de zinc cu argint (ZnS: Ag), atunci când este lovită de electroni, produce o lumină albastră la 450 nm, cu o durată de 200ns. Se numește fosfor P22B . Acest tip de material, sulfura de zinc activată cu argint , este unul dintre cei mai eficienți emițători ai afișajelor CRT .

Când este amestecat cu sulfit de cadmiu , rezultând sulfură de zinc și cadmiu (Zn, Cd) S: Ag, produce o lumină galbenă.

Amestecul de sulfit de cadmiu-zinc și sulfură de zinc activată cu argint (ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Ag), este emițătorul P4 utilizat în televizoarele alb-negru.

Europium- activat ytriu sulfat este utilizat ca fosfor roșu în monitoarele CRT.

  • ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Ag ( P4 ): fosfor alb utilizat în televizoarele b / n.
  • ZnS: Cu, Al ( P22G ), fosfor verde
  • ZnS: Ag + Co-on-Al 2 O 3 ( P22B ), fosfor albastru
  • ZnS: Ag, Cl sau ZnS: Zn ( P11 , BE ), albastru (460 nm), cu persistență de 0,01-1 ms, utilizat în afișajele de vid VFD .
  • (Zn, Cd) S: Ag sau (Zn, Cd) S: Cu ( P20 , KA ), emisie galben-verde, persistență de 1-100 ms, utilizat pe afișaje
  • (Zn, Cd) S: Cu, Cl ( P28 , KE ), galben, utilizat pe afișaje
  • ZnS: Cu sau ZnS: Cu, Ag ( P31 , GH ), verzui gălbui, persistență de 0,01-1 ms, utilizat în osciloscoape
  • ZnS: Ag + (Zn, Cd) S: Cu ( P40 , GA ), alb, pentru afișare
  • ZnS: Ag, Al ( P55 , BM ), albastru (450 nm), pentru tuburi de proiecție
  • ZnS: Ag , albastru (450 nm)
  • ZnS: Cu, Al sau ZnS: Cu, Au, Al , verde (530 nm)
  • (Zn, Cd) S: Cu, Cl + (Zn, Cd) S: Ag, Cl , alb
  • ZnS: Ag + ZnS: Cu + Y 2 O 2 S : Eu , alb, alternativ fără Cd de P4, ecrane alb / negru, afișaj
  • Zn 2 SiO 4 : Mn ( P1 , GJ ), verde-gălbui (525 nm), persistență de 1-100 ms, pe afișaj
  • Zn 2 SiO 4 : Mn, As ( P39 , GR ), verde (525 nm), pentru afișare
  • Y 2 SiO 5 : Ce ( P47 , BH ), albastru (400 nm), pentru afișaje cu raze X
  • Y 2 SiO 5 : Tb , verde (545 nm), pentru tuburi de proiecție
  • ZnO : Zn ( P24 , GE ), verde (505 nm), persistență 1-10 µs, pentru VFD
  • Gd 2 O 2 S : Tb ( P43 , GY ), galben-verde (545 nm), pentru afișare
  • Y 2 O 2 S : Eu + Fe 2 O 3 ( P22R ), fosfor roșu pentru ecranele TV
  • Y 2 O 2 S: Tb ( P45 , WB ), alb (545 nm), pentru ecrane
  • Y 2 O 2 S: Tb , verde (545 nm), pentru afișare
  • Y 3 Al 5 O 12 : Ce ( P46 , KG ), verde (530 nm), pentru tuburi cu raze
  • Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce , verde (520 nm), pentru tuburi cu raze
  • Y 3 Al 5 O 12 : Tb ( P53 , KJ ), galben-verde (544 nm), pentru tuburi de proiecție
  • Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Tb , galben-verde (544 nm), pentru tuburi de proiecție
  • MgF 2 : Mn ( P33 , LD ), portocaliu (590 nm), persistență peste 1 secundă, ecrane radar
  • (KF, MgF 2 ): Mn ( P19 , LF ), galben (590 nm), pentru afișaje radar
  • (KF, MgF 2 ): Mn ( P26 , LC ), portocaliu (595 nm), persistență peste 1 secundă, pentru afișaje radar
  • (Zn, Mg) F 2 : Mn ( P38 , LK ), portocaliu (590 nm), pentru afișaje radar
  • InBO 3 : Tb , galben-verde (550 nm)
  • InBO 3 : Eu , galben (588 nm)
  • InBO 3 : Tb + InBO 3 : Eu , chihlimbar
  • InBO 3 : Tb + InBO 3 : Eu + ZnS: Ag , alb

Lampă fluorescentă

  • (Ba, Eu) Mg 2 Al 16 O 27 , fosfor albastru pentru lămpi tricromatice
  • (Ce, Tb) MgAl 11 O 19 , fosfor verde pentru lămpi tricromatice
  • Ce 0,67 Tb 0,33 MgAl 11 O 19 : Ce, Tb , verde (543 nm), pentru lămpi tricromatice
  • BaMgAl 10 O 17 : Eu, Mn , albastru-verde (456/514 nm)
  • BaMgAl 10 O 17 : Eu, Mn , albastru (450 nm), pentru lămpi tricromatice
  • BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu (II) , albastru (452 ​​nm)
  • BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu (II), Mn (II) , albastru (450 + 515 nm)
  • (Ce, Tb) MgAl 11 O 19 , verde
  • Zn 2 SiO 4 : Mn , verde (528 nm)
  • Zn 2 SiO 4 : Mn, Sb 2 O 3 , verde (528 nm)
  • CaSiO 3 : Pb, Mn , portocaliu roz (615 nm)
  • MgWO 4 , albastru pal (473 nm), bandă largă
  • CaWO 4 , albastru (417 nm)
  • CaWO 4 : Pb ( scheelită ), albastru (433 nm), bandă largă
  • (Sr, Eu, Ba, Ca) 5 (PO 4 ) 3 Cl , fosfor albastru pentru lămpi tricromatice
  • (La, Ce, Tb) PO 4 , fosfor verde, pentru lămpi tricromatice
  • (La, Ce, Tb) PO 4 : Ce, Tb , verde (546 nm), pentru lămpi tricromatice
  • (Ba, Ti) 2 P 2 O 7 : Ti , albastru-verde (494 nm), bandă largă
  • Sr 2 P 2 O 7 : Sn , albastru (460 nm), bandă largă
  • Ca 5 F (PO 4 ) 3 : Sb , albastru (482 nm), bandă largă
  • Sr 5 F (PO 4 ) 3 : Sb, Mn , albastru-verde (509 nm), bandă largă
  • LaPO 4 : Ce, Tb , verde (544 nm), pentru lămpi tricromatice
  • (Sr, Ca, Ba) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu , albastru (453 nm) pentru lămpi tricromatice
  • (Ca, Zn, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn , portocaliu-roz (610 nm), bandă largă
  • (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn , roz portocaliu deschis (626 nm), bandă largă
  • Ca 5 F (PO 4 ) 3 : Sb, Mn , galben pentru amestecuri albe
  • Ca 5 (F, Cl) (PO 4 ) 3 : Sb, Mn , alb variind de la cald la rece până la albastru
  • (Ca, Sr, Ba) 3 (PO 4 ) 2 Cl 2 : Eu , albastru (452 ​​nm)
  • 3 Sr 3 (PO 4 ) 2 . SrF 2 : Sb, Mn , albastru (502 nm)
  • (Zn, Sr) 3 (PO 4 ) 2 : Mn , roșu portocaliu (625 nm)
  • (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn (II) , roșu portocaliu (630 nm)
  • (Y, Eu) 2 O 3 , roșu, pentru lămpi tricromatice
  • Y 2 O 3 : Eu , roșu (611 nm), pentru lămpi tricromatice
  • Y 2 O 3 : Eu (III) , roșu (611 nm), pentru lămpi tricromatice
  • Mg 4 (F) GeO 6 : Mn , roșu (658 nm)
  • Mg 4 (F) (Ge, Sn) O 6 : Mn , roșu (658 nm)
  • Sr 5 Cl (PO 4 ) 3 : Eu (II) , albastru (447 nm)
  • Sr 6 P 5 BO 20 : Eu , albastru-verde (480 nm)
  • Y (P, V) O 4 : Eu , roșu portocaliu (619 nm)
  • Y 2 O 2 S: Eu , roșu (626 nm)
  • 3,5 MgO . 0,5 MgF2 . GeO 2 : Mn , roșu (655 nm)
  • Mg 5 Ca 2 O 11 : Mn , roșu (660 nm)
  • Ca 3 (PO 4 ) 2 . CaF 2 : Ce, Mn , galben (568 nm)
  • SrAl 2 O 7 : Pb , ultraviolet (313 nm)
  • BaSi 2 O 5 : Pb , ultraviolet (355 nm)
  • SrFB 2 O 3 : Eu (II) , ultraviolet (366 nm)
  • SrB 4 O 7 : Eu , ultraviolet (368 nm)
  • MgGa 2 O 4 : Mn (II) , albastru-verde, utilizat pe afișaje cu fundal negru

Detergenți

„Strălucitorii optici”, utilizați în unele detergenți pentru a face țesăturile să pară mai albe, se comportă ca fosforii reactivi la ultraviolete cu o persistență foarte scăzută; sunt în general compuși organici.

Variat

Alte tipuri de fosfor sunt vândute pentru aplicații speciale, cum ar fi:

În special, compoziția lor chimică este:

  • Gd 2 O 2 S: Tb ( P43 ), verde (vârf la 545 nm), 1,5 ms pentru decadere de 10%, remanență scăzută, absorbție ridicată de raze X, utilizat pentru detectoare de raze X, neutroni și gamma.
  • Gd 2 O 2 S: Eu , roșu (627 nm), remanență de 850 µs, absorbție ridicată a razelor X, utilizat pentru detectoarele de raze X, neutroni și gamma.
  • Gd 2 O 2 S: Pr , verde (513 nm), remanență de 7 µs, absorbție ridicată a razelor X, utilizat pentru detectoarele de raze X, neutroni și gamma.
  • Gd 2 O 2 S: Pr, Ce, F , verde (513 nm), remanență de 4 µs, absorbție ridicată a razelor X, utilizat pentru detectoarele de raze X, neutroni și gamma.
  • Y 2 O 2 S: Tb ( P45 ), alb (545 nm), remanență de 1,5 ms, pentru raze X cu energie redusă
  • Y 2 O 2 S: Tb ( P22R ), roșu (627 nm), remanență de 850 µs, pentru raze X cu energie redusă
  • Y 2 O 2 S: Tb , alb (513 nm), remanență de 7 µs, pentru raze X cu energie redusă
  • Zn (0,5) Cd (0,4) S: Ag ( HS ), verde (560 nm), remanență de 80 µs, eficient, dar cu rezoluție mică.
  • Zn (0,4) Cd (0,6) S: Ag ( HSr ), roșu (630 nm), 80 µs de remanență, eficient, dar cu rezoluție mică.
  • CdWO 4 , albastru (475 nm), 28 µs remanență, utilizat ca amplificator de lumină pentru razele X și gamma.
  • CaWO 4 , albastru (410 nm), remanență de 20 µs, utilizat ca amplificator de lumină cu raze X
  • MgWO 4 , alb (500 nm), remanență de 80 µs, utilizat ca amplificator de lumină.
  • Y 2 SiO 5 : Ce ( P47 ), albastru (400 nm), remanență 120 ns, reactiv la electroni, utilizat pentru fotomultiplicatori.
  • YAlO 3 : Ce ( YAP ), albastru (370 nm), 25 ns remanență, reactiv la electroni, utilizat pentru fotomultiplicatori.
  • Y 3 Al 5 O 12 : Ce ( YAG ), verde (550 nm), 70 ns de remanență, reactiv la electroni, utilizat pentru fotomultiplicatori.
  • Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce ( YGG ), verde (530 nm), 250 ns de remanență, reactiv la electroni, utilizat pentru fotomultiplicatori.
  • CdS: În , verde (525 nm), remanență <1 ns, rapid reactiv la electroni
  • ZnO: Ga , albastru (390 nm), remanență <5 ns, rapid reactiv la electroni
  • ZnO: Zn ( P15 ), albastru (495 nm), remanență de 8 µs, utilizat pentru aplicații cu electroni cu putere redusă
  • (Zn, Cd) S: Cu, Al ( P22G ), verde (565 nm), 35 µs remanență, utilizat pentru aplicații electronice
  • ZnS: Cu, Al, Au ( P22G ), verde (540 nm), 35 µs remanență, utilizat pentru aplicații electronice
  • ZnCdS: Ag, Cu ( P20 ), verde (530 nm), 80 µs remanență, utilizat pentru aplicații electronice
  • ZnS: Ag ( P11 ), albastru (455 nm), remanență de 80 µs, utilizat pentru aplicații de radiații alfa și electronice
  • antracen , albastru (447 nm), 32 ns remanență, utilizat pentru aplicații de radiații alfa și electronice
  • plastic ( EJ-212 ), albastru (400 nm), remanență de 2,4 ns, utilizat pentru aplicații de radiații alfa și electronice
  • Zn 2 SiO 4 : Mn ( P1 ), verde (530 nm), remanență de 11 ms, utilizat pentru aplicații electronice
  • ZnS: Cu ( GS ), verde (520 nm), rezistență ridicată a luminozității (remanență măsurabilă în minute), utilizată pentru raze X.
  • NaI : Tl , pentru raze X, raze alfa și electroni
  • CsI : Tl , verde (545 nm), 5 µs remanență, sensibil la raze X, alfa și electroni
  • 6 LiF / ZnS : Ag ( ND ), albastru (455 nm), 80 µs remanență, pentru descompuneri termice cu emisie de neutroni
  • 6 LiF / ZnS: Cu, Al, Au ( NDg ), verde (565 nm), 35 µs remanență, pentru neutroni.

Notă

  1. ^ Fosforo, pe Treccani.it , pe treccani.it .
  2. ^(EN) http://yarchive.net/chem/glow_in_dark.html
  3. ^ (EN) al ecranului History electroluminescence , pe indiana.edu.

Elemente conexe

linkuri externe

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Phosphorus_(optoelettronica)&oldid=120891881 ”