لومینسانس و انواع آن

به طور کلی برای ایجاد نور ۲ رویکرد وجود دارد:

1. ایجاد نور در جسمی با استفاده از حرارت بالا و ایجاد برافروختگی
2. ایجاد نور با استفاده از ایجاد برانگیختگی در الکترون. فرایند به زبان ساده به این صورت است که پس از برانگیختگی، الکترون به سطوح انرژی بالاتر می رود. از آنجا که هر چه سطح انرژی بالاتر باشد، پایداری کم تر است، الکترون تمایل به بازگشت به حالت پایه را دارد(تا پایدار شود) طی این جابجایی از تراز های انرژی بالاتر به پایین تر نور نشر می شود.

تعریف های بالا به ترتیب مربوط به فروزندگی((Incandescence و تابناکی  ((Luminescence هستند. به طور کلی باید گفت که فروزندگی در دماهای بالا صورت میگیرد، اما لومینسانس در دماهای عادی هم قابل انجام است.

انواع لومینسانس

از یک دیدگاه، لومینسانس به دو دسته مولکولی و اتمی تقسیم بندی می شود. در لومینسانس اتمی، نشر نور از اتم ها و در لومینسانس ملکولی از مولکول ها صورت می گیرد. لومینسانس ملکولی به دو دسته طبقه بندی می شود:
الف) بر اساس نوع منبع انرژی مورد استفاده برای برانگیخته کردن مولکول
ب) نوع حالت برانگیخته.
انواع مختلف لومینسانس در جدول ۱ خلاصه شده است.

جدول ۱- طبقه بندی انواع لومینسانس

شیمی لومینسانس (Chemiluminescence): نشر نور در نتیجه انجام یک واکنش شیمیایی است. انرژی واکنش شیمیایی منجر به تولید محصولی در حالت برانگیخته می گردد که بعد از بازگشت به حالت پایه نور نشر می کند.

بیولومینسانس (Bioluminescence): یکی از انواع شیمی لومینسانس است که در آن تولید نور توسط ارگانیسم های زنده صورت می گیرد. دو ترکیب شیمیایی به نام های لوسیفرین (luciferin) که یک رنگدانه می باشد و لوسیفراز (luciferase) که یک آنزیم است، در این فرایند دخیل هستند. واکنش لوسیفرین با اکسیژن توسط لوسیفراز کاتالیز شده و در نهایت منجر به تولید نور می گردد.

الکترولومینسانس  ( Electroluminescence) : بازترکیب ناگهانی الکترون و حفره در جامداتی مثل ترکیبات نیمه هادی و عایق که منجر به عبور جریان ناگهانی شده، شکست دی الکتریک (Dielectric Breakdown)نامیده شده که در نتیجه اعمال میادین الکتریکی بالا حاصل می شود. در الکترولومینسانس، فرآیند شکست دی الکتریک منتهی به نشر نور از جامد می گردد.

کاتدولومینسانس (Cathodoluminescence): در نتیجه برخورد اشعه کاتدی (پرتو الکترونی تولید شده به وسیله تفنگ الکترونی) به مواد لومینسانس کننده (که اصطلاحا به ان ها Phosphor گفته می شود) در حالت جامد صورت می گیرد. الکترون های پرانرژی در این حالت همانند یک منبع انرژی عمل کرده و موجب تحریک از طریق انتقالات الکترونی و در نتیجه انتشار فوتون می گردند. کاتدولومینسانس روشی شناخته شده و مؤثر و ابزاری حساس برای تعیین مشخصات توصیفی به ویژه در محدوده مواد نیمه رسانا و زمین شناسی است. برخورد پرتو الکترونی پرانرژی به نیمه رسانا موجب انتقال الکترون از لایه ظرفیت (Valance Band) به لایه هدایت (Conduction Band) شده و یک زوج الکترون-حفره تشکیل می شود. باز ترکیب زوج الکترون-حفره تولید فوتون نور می کند.

الکتروشیمی لومینسانس (Electrochemiluminescence): واکنش های الکتروشیمیایی در اصل، واکنش های اکسایش/کاهش ناهمگن می باشند که بر اثر انتقال الکترون در سطح مشترک الکترود و محلول صورت می پذیرند. در الکتروشیمی لومینسانس، عامل تحریک انرژی واکنش الکتروشیمیایی است. گونه های تولید شده در فرایند اکسایش/کاهش روی سطح الکترود، خود واکنش پذیر بوده و یک واکنش پر انرژی انتقال الکترونی در محلول انجام می دهند. انرژی حاصل از این واکنش و سرعت تولید آن به قدری زیاد است که فرصت انتقال آن به محیط( اتلاف به صورت انرژی گرمایی) کم است. لذا انرژی آزاد شده از این واکنش ، صرف برانگیختگی محصول واکنش می شود. بازگشت محصول به حالت الکترونی پایه نور تولید می کند.

تریبولومینسانس (Triboluminescence): نشر نور در نتیجه اعمال تنش مکانیکی (Mechanical Stress)بر ترکیبات کریستالی و یا شکست کریستال می باشد. این فرایند با اسامی دیگری نیز شناخته می شود:

(Mechanoluminescence, Fractoluminescence, Piezoluminescence) هر چند از شناسایی ترکیباتی که این خاصیت را دارا می باشند بیش از ۴۰۰ سال می گذرد، هنوز تئوری مشخصی برای توصیف این پدیده وجود ندارد. مکانیزم این پدیده به طور کامل شناخته شده نیست ولی به نظر می رسد که علت آن جدایی و بازترکیب (Recombination) مجدد بارها در ماده است.

سونولومینسانس (Sonoluminescence): منبع تحریک، امواج ماورای صوت است.

فوتولومینسانس (Photoluminescence): یکی از معروف ترین انواع لومینسانس است که در آن تحریک به وسیله فوتون ها صورت می گیرد. به لحاظ مکانیک کوانتوم، در این فرایند برانگیختگی به سطوح انرژی بالاتر و سپس بازگشت به سطح انرژی پایین تر با جذب و نشر فوتون همراه است.

• ۱ – زهرا محمدپور (نویسنده اول) – دکتری تخصصی – شیمی – دانشگاه شیراز دانشکده علوم گروه شیمی
• ۲ – محسن سروری^* (نویسنده مسئول) – دانشجوی دکتری تخصصی – شیمی – دانشگاه شیراز دانشکده علوم گروه شیمی

منبع