Кандолюминесценция - это свет, излучаемый некоторыми материалами при повышенных температурах (обычно при воздействии пламени ), интенсивность которого на некоторых длинах волн может быть выше, чем излучение черного тела, ожидаемое от накаливания при той же температуре , из-за химического воздействия в пламени . [1] Явление отличается в некоторых переходных металлов и редкоземельных оксидных материалов ( керамика ) , такие как оксид цинка , оксид церия (IV) и тория диоксида .
История
Существование феномена кандолюминесценции и лежащего в его основе механизма было предметом обширных исследований и дебатов с момента появления первых сообщений о нем в 1800-х годах. Эта тема вызывала 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 абсолютно 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 за кандолюминесценцией просто недооценивали бы температуру излучающих частиц. Некоторые авторы в 1950-х годах пришли к мнению, что кандолюминесценция - это просто случай селективного теплового излучения, и один из самых известных исследователей в этой области, В.А. Соколов, однажды выступил за исключение этого термина из литературы в своей известной обзорной статье 1952 года [ 2] только для того, чтобы пересмотреть его точку зрения спустя несколько лет. [1] Современный научный консенсус состоит в том, что кандолюминесценция действительно возникает, что это не всегда просто из-за селективного теплового излучения, но механизмы различаются в зависимости от используемых материалов и метода нагрева, особенно от типа пламени и положения пламени. материал относительно пламени. [1]
Механизм
Когда топливо в пламени сгорает, энергия, выделяемая в процессе сгорания, откладывается в продуктах сгорания, обычно в молекулярных фрагментах, называемых свободными радикалами . Продукты сгорания возбуждаются до очень высокой температуры, называемой температурой адиабатического пламени (то есть температуры до того, как какое-либо тепло будет отведено от продуктов сгорания). Эта температура обычно намного выше, чем температура воздуха в пламени или которой может достичь объект, вставленный в пламя. Когда продукты сгорания теряют эту энергию из-за излучения, излучение может быть более интенсивным, чем излучение более низкотемпературного черного тела, вставленного в пламя. Точный процесс эмиссии зависит от материала, типа топлива и окислителей, а также от типа пламени, хотя во многих случаях точно установлено, что свободные радикалы подвергаются излучательной рекомбинации . [3] Этот энергетический свет, излучаемый непосредственно продуктами сгорания, можно наблюдать напрямую (как в случае с голубым газовым пламенем), в зависимости от длины волны, или он может вызвать флуоресценцию в кандолюминесцентном материале. Некоторые рекомбинации свободных радикалов излучают ультрафиолетовый свет, который можно наблюдать только через флуоресценцию.
Одним из важных механизмов кандолюминесценции является то, что кандолюминесцентный материал катализирует рекомбинацию, увеличивая интенсивность излучения. [1] Чрезвычайно узкая длина волны излучения продуктов сгорания часто является важной особенностью этого процесса, поскольку она снижает скорость, с которой свободные радикалы теряют тепло в результате излучения невидимых или не вызывающих флуоресценцию длин волн. В других случаях считается, что возбужденные продукты сгорания непосредственно передают свою энергию люминесцентным компонентам в твердом материале. В любом случае ключевой особенностью кандолюминесценции является то, что продукты сгорания теряют свою энергию из-за излучения, не термализуясь вместе с окружающей средой, что позволяет эффективной температуре их излучения быть намного выше, чем у теплового излучения материалов, находящихся в тепловом равновесии с окружающей средой. среда.
Вельсбахские огни
В начале 20-го века велись активные дебаты о том, требуется ли свечение канделябра для объяснения поведения газовых мантий Вельсбаха или внимания . Один из контраргументов заключался в том, что, поскольку оксид тория (например) имеет гораздо более низкий коэффициент излучения в ближней инфракрасной области, чем более коротковолновые части видимого спектра, он не должен сильно охлаждаться инфракрасным излучением, и, таким образом, мантия из оксида тория может стать ближе. до температуры пламени, чем материал абсолютно черного тела. Более высокая температура тогда привела бы к более высоким уровням излучения в видимой части спектра без привлечения кандолюминесценции в качестве объяснения. [4]
Другой аргумент заключался в том, что оксиды в мантии могли активно поглощать продукты сгорания и, таким образом, избирательно повышались до температуры продуктов сгорания. [5] Некоторые более поздние авторы, кажется, пришли к выводу, что ни мантии Вельсбаха, ни центр внимания не связаны с кандолюминесценцией (например, Мейсон [3] ), но Айви, в обширном обзоре 254 источников, [1] пришел к выводу, что катализ рекомбинации свободных радикалов не делает усиливают излучение мантий Вельсбаха, так что они светятся свечением.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b c d e Х. Ф. Айви, "Кандолюминесценция и люминесценция, возбужденная радикалами", Journal of Luminescence 8: 4, стр. 271–307 (1974)
- ^ Соколов В. А. (1952). "Кандолюминесценция (Кандолюминесценция)" (PDF) . Успехи физических наук (русский физический журнал) . XLVII (4): 537–560. ISSN 0042-1294 .
- ^ a b Д. М. Мейсон, "Кандолюминесценция" в Proc. Являюсь. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. Т. 11: 2, с. 540–554, (1967).
- ^ us 4539505 , A. Riseberg, Leslie, "Кандолюминесцентный источник электрического света", опубликовано 3 сентября 1985 г. (Обратите внимание, однако, что патенты не являются источниками, прошедшими экспертную оценку.)
- ↑ Комментарий С. П. Стейнмеца к Е. П. Айвсу и В. В. Кобленцу , «Свет светлячка» в трудах Общества инженеров по освещению, т. 4, с. 677–679, (1909).