Кандолюминесценция

Кандолюминесценция — это свет , излучаемый некоторыми материалами при повышенных температурах (обычно при воздействии пламени ) , интенсивность которого на некоторых длинах волн может из-за химического воздействия в пламени быть выше, чем излучение черного тела , ожидаемое от накаливания при той же температуре. ^[1] Это явление заметно в некоторых переходных металлов и редкоземельных металлов оксидах ( керамике ), таких как оксид цинка , оксид церия (IV) и диоксид тория .

История

Существование явления кандолюминесценции и лежащий в его основе механизм были предметом обширных исследований и дискуссий с момента появления первых сообщений о нем в 1800-х годах. Эта тема представляла особый интерес до появления электрического освещения, когда большая часть искусственного света производилась за счет сжигания топлива. Основное альтернативное объяснение кандолюминесценции состоит в том, что это просто «селективное» тепловое излучение, при котором материал имеет очень высокую излучательную способность в видимом спектре и очень слабую излучательную способность в той части спектра, где тепловое излучение черного тела будет самым высоким; в такой системе излучающий материал будет иметь тенденцию сохранять более высокую температуру из-за отсутствия невидимого радиационного охлаждения. В этом сценарии наблюдения кандолюминесценции просто недооценили бы температуру излучающих частиц. Некоторые авторы в 1950-х годах пришли к мнению, что кандолюминесценция — это просто пример избирательного теплового излучения, а один из наиболее выдающихся исследователей в этой области, В. А. Соколов, однажды выступил за исключение этого термина из литературы в своей знаменитой обзорной статье 1952 года: ^[2] только для того, чтобы пересмотреть свою точку зрения несколько лет спустя. ^[1] Современный научный консенсус заключается в том, что кандолюминесценция действительно имеет место, но не всегда просто из-за избирательного теплового излучения, а механизмы варьируются в зависимости от используемых материалов и метода нагрева, в частности, типа пламени и положения материала относительно поверхности. пламя. ^[1]

Механизм

Когда топливо в пламени сгорает, энергия, выделяемая в процессе горения, откладывается в продуктах сгорания, обычно в молекулярных фрагментах, называемых свободными радикалами . Продукты сгорания нагреваются до очень высокой температуры, называемой адиабатической температурой пламени (то есть температуры до того, как от продуктов сгорания будет передано какое-либо тепло). Эта температура обычно намного выше, чем температура воздуха в пламени или которой может достичь предмет, помещенный в пламя. Когда продукты сгорания теряют эту энергию в результате радиационного излучения, излучение может быть более интенсивным, чем излучение черного тела с более низкой температурой, помещенного в пламя. Точный процесс эмиссии зависит от материала, типа топлива и окислителей, а также типа пламени, хотя во многих случаях точно установлено, что свободные радикалы подвергаются излучательной рекомбинации . ^[3] Этот энергичный свет, излучаемый непосредственно продуктами сгорания, можно наблюдать непосредственно (как в случае с пламенем голубого газа), в зависимости от длины волны, или он может затем вызвать флуоресценцию в кандолюминесцентном материале. Некоторые рекомбинации свободных радикалов излучают ультрафиолетовый свет, который можно наблюдать только посредством флуоресценции.

Одним из важных механизмов кандолюминесценции является то, что кандолюминесцентный материал катализирует рекомбинацию, увеличивая интенсивность излучения. ^[1] Чрезвычайно узковолновое излучение продуктов сгорания часто является важной особенностью этого процесса, поскольку оно снижает скорость, с которой свободные радикалы теряют тепло в результате излучения на невидимых или не возбуждающих флуоресценцию длинах волн. В других случаях считается, что возбужденные продукты сгорания непосредственно передают свою энергию люминесцентным частицам в твердом материале. В любом случае ключевой особенностью кандолюминесценции является то, что продукты сгорания теряют свою энергию радиации, не термализуясь с окружающей средой, что позволяет эффективной температуре их излучения быть значительно выше, чем температура теплового излучения материалов, находящихся в тепловом равновесии с окружающей средой. среда.

Вельсбахские огни

В начале 20-го века велись ожесточенные споры о том, требуется ли кандолюминесценция для объяснения поведения газовых мантий Вельсбаха или света всеобщего внимания . Одним из контраргументов было то, что, поскольку оксид тория (например) имеет гораздо меньшую излучательную способность в ближней инфракрасной области, чем в более коротковолновых частях видимого спектра, его не следует сильно охлаждать инфракрасным излучением, и, таким образом, мантия из оксида тория может приблизиться к к температуре пламени, чем материал абсолютно черного тела. Тогда более высокая температура привела бы к более высоким уровням излучения в видимой части спектра, не прибегая к кандолюминесценции в качестве объяснения. ^[4]

Другой аргумент заключался в том, что оксиды в мантии могли активно поглощать продукты сгорания и, таким образом, избирательно нагреваться до температуры продуктов сгорания. ^[5] Некоторые более поздние авторы, похоже, пришли к выводу, что ни мантии Вельсбаха, ни свет всеобщего внимания не связаны с кандолюминесценцией (например, Мейсон ^[3]), но Айви в обширном обзоре 254 источников ^[1] пришли к выводу, что катализ свободнорадикальной рекомбинации действительно усиливает излучение мантий Вельсбаха, так что они становятся кандолюминесцентными.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Х. Ф. Айви, «Кандолюминесценция и радикально-возбужденная люминесценция», Journal of Luminescent 8: 4, стр. 271–307 (1974).
^ Соколов В. А. (1952). "Кандолюминесценция (Candoluminescence)" (PDF) . Успехи физических наук (Russian Journal of Physics) . XLVII (4): 537–560. doi : 10.3367/UFNr.0047.195208c.0537 . ISSN 0042-1294 .
^ Jump up to: ^а ^б Д.М. Мейсон, «Кандолюминесценция». Архивировано 28 февраля 2013 г. в Wayback Machine в Proc. Являюсь. хим. соц., отд. Топливная хим. , т. 11:2, стр. 540–554, (1967).
^ us 4539505 , А. Райзберг, Лесли, «Кандолюминесцентный источник электрического света», выдано 3 сентября 1985 г. (Однако обратите внимание, что патенты не являются рецензируемыми источниками.)
^ Комментарий К.П. Штайнмеца к Х.Э. Айвсу и В.В. Кобленцу , «Свет светлячка» в трудах Общества инженеров-иллюминаторов, т. 4, с. 677–679 (1909).

[Ivey-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Х. Ф. Айви, «Кандолюминесценция и радикально-возбужденная люминесценция», Journal of Luminescent 8: 4, стр. 271–307 (1974).

[2] Соколов В. А. (1952). "Кандолюминесценция (Candoluminescence)" (PDF) . Успехи физических наук (Russian Journal of Physics) . XLVII (4): 537–560. doi : 10.3367/UFNr.0047.195208c.0537 . ISSN 0042-1294 .

[Mason-3] Jump up to: ^а ^б Д.М. Мейсон, «Кандолюминесценция». Архивировано 28 февраля 2013 г. в Wayback Machine в Proc. Являюсь. хим. соц., отд. Топливная хим. , т. 11:2, стр. 540–554, (1967).

[4] us 4539505 , А. Райзберг, Лесли, «Кандолюминесцентный источник электрического света», выдано 3 сентября 1985 г. (Однако обратите внимание, что патенты не являются рецензируемыми источниками.)

[5] Комментарий К.П. Штайнмеца к Х.Э. Айвсу и В.В. Кобленцу , «Свет светлячка» в трудах Общества инженеров-иллюминаторов, т. 4, с. 677–679 (1909).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]