Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Триболюминесценция салицилата никотина-L

Триболюминесценция - это явление, при котором свет возникает, когда материал механически разрывается, разрывается, царапается, раздавливается или трется (см. Трибология ). Явление до конца не изучено, но, по-видимому, вызвано разделением и воссоединением статических электрических зарядов . Термин происходит от греческого τρίβειν («тереть»; см. Трибологию ) и латинского lumen (свет). Триболюминесценцию можно наблюдать при разбивании кристаллов сахара и отслаивании липких лент.

Триболюминесценция часто используется как синоним фрактолюминесценции (термин, который иногда используется, когда речь идет только о свете, излучаемом расколотыми кристаллами). Триболюминесценция отличается от пьезолюминесценции тем, что пьезолюминесцентный материал излучает свет, когда он деформируется, а не разрушается. Это примеры механолюминесценции , то есть люминесценции в результате любого механического воздействия на твердое тело .

История [ править ]

Uncompahgre Утэ Буффало Сыромятные церемониальную трещотку , заполненную кристаллами кварца. Вспышки света видны, когда кристаллы кварца подвергаются механической нагрузке в темноте.

Uncompahgre Ute коренных жителей [ править ]

В Uncompahgre Ute коренные жители Центральной Колорадо являются одним из первых задокументированных групп людей в мире , зачисленных с применением механолюминесценции связанных с использованием кристаллов кварца для генерации света. [1] [2] Юты построили специальные церемониальные погремушки из сыромятной кожи буйвола, которые они наполнили прозрачными кристаллами кварца, собранными в горах Колорадо и Юты. Когда по ночам во время церемоний трясли погремушки, трение и механическое напряжение кристаллов кварца, сталкивающихся вместе, производили вспышки света, видимые через полупрозрачную шкуру буйвола.

Более поздние описания [ править ]

Первое записанное наблюдение приписывается английскому ученому Фрэнсису Бэкону, когда он записал в своем 1620 году Novum Organum, что «хорошо известно, что весь сахар , засахаренный или простой, если он твердый, будет искриться, когда его разбивают или царапают в темноте». [3] Ученый Роберт Бойль также сообщил о некоторых своих работах по триболюминесценции в 1663 году. В конце 1790-х годов производство сахара начало производить больше кристаллов очищенного сахара. Эти кристаллы были сформированы в большой твердый конус для транспортировки и продажи. Этот твердый сахарный рожок нужно было разбить на пригодные к употреблению куски с помощью устройства, известного как сахарные засыпки.. Люди начали замечать, что когда сахар «прищипывался» при слабом освещении, были видны крошечные вспышки света.

Исторически важный пример триболюминесценции произошел в Париже в 1675 году. Астроном Жан-Феликс Пикар заметил, что его барометр светился в темноте, когда он нес его. Его барометр состоял из стеклянной трубки, частично заполненной ртутью. Когда ртуть скользила по стеклянной трубке, пустое пространство над ртутью светилось. Изучая это явление, исследователи обнаружили, что статическое электричество может вызвать свечение воздуха низкого давления. Это открытие показало возможность электрического освещения.

Механизм действия [ править ]

Материаловеды еще не пришли к полному пониманию этого эффекта, но текущая теория триболюминесценции, основанная на кристаллографических, спектроскопических и других экспериментальных данных, состоит в том, что при разрушении асимметричных материалов происходит разделение заряда . Когда заряды рекомбинируют, электрический разряд ионизирует окружающий воздух, вызывая вспышку света. Дальнейшие исследования предполагают [ необходима цитата ], что кристаллы, демонстрирующие триболюминесценцию, должны обладать отсутствием симметрии (таким образом, быть анизотропными для разделения зарядов) и быть плохими проводниками. Однако есть вещества, которые нарушают это правило и не обладают асимметрией, но все равно проявляют триболюминесценцию, например гексакис (антипирин) иодид тербия.[4] Считается, что эти материалы содержат примеси, которые делают вещество локально асимметричным.

Биологический феномен триболюминесценции обусловлен рекомбинацией из свободных радикалов в процессе механической активации. [5]

Примеры [ править ]

Воспроизвести медиа
Триболюминесценция в кварце

При трении алмаз может начать светиться. Это иногда случается с алмазами во время шлифования огранки или пиления алмаза в процессе резки . Бриллианты могут светиться синим или красным светом. Некоторые другие минералы, такие как кварц , являются триболюминесцентными и излучают свет при трении друг о друга . [6]

Обычная чувствительная к давлению лента (« Скотч ») показывает светящуюся линию в том месте, где конец ленты отрывается от рулона. [7] В 1953 году советские ученые наблюдали, что при отклеивании рулона ленты в вакууме образуется рентгеновское излучение. [8] Механизм генерации рентгеновских лучей был дополнительно изучен в 2008 году. [9] [10] [11] Аналогичное рентгеновское излучение также наблюдалось с металлами. [12]

Кроме того, когда кристаллы сахара раздавливаются, создаются крошечные электрические поля, разделяющие положительные и отрицательные заряды, которые затем создают искры при попытке воссоединения. Wint-O-Green Life Savers особенно хорошо подходят для создания таких искр, потому что масло грушанки ( метилсалицилат ) является флуоресцентным и преобразует ультрафиолетовый свет в синий свет . [13] [14]

Триболюминесценция может возникнуть, когда Капля принца Руперта разбита мощной силой, такой как пуля. Яркая вспышка белого света может произойти перед ударом вниз от головы капли к хвосту. [15] [ циркулярная ссылка ]

Триболюминесценции представляет собой биологическое явление , наблюдаемое в механической деформации и контактной электризации на эпидермальную поверхность костных и мягких тканей, при пережевывании пищи, на трении в суставах позвонков, во время полового акта, и во время циркуляции крови . [16] [17]

Абразивная резка водяной струей керамики (например, плитки ) создает желто-оранжевое свечение в точке воздействия очень высокоскоростного потока.

Открытие конверта, запечатанного полимерным клеем, дает свет, который можно рассматривать как синие вспышки в темноте.

Фрактолюминесценция [ править ]

Фрактолюминесценция часто используется как синоним триболюминесценции. [18] Это излучение света от разрушения (а не трения) кристалла , но разрушение часто происходит при трении. В зависимости от атомного и молекулярного состава кристалла, когда кристалл разрушается, может происходить разделение зарядов, в результате чего одна сторона разрушенного кристалла заряжается положительно, а другая сторона - отрицательно. Как и в случае триболюминесценции, если разделение зарядов приводит к достаточно большому электрическому потенциалу , разрядчерез зазор и через ванну газ между интерфейсами может происходить. Потенциал, при котором это происходит, зависит от диэлектрических свойств газа ванны. [19]

Распространение ЭМИ при ГРП [ править ]

Изучено излучение электромагнитного излучения (ЭМИ) при пластической деформации и распространении трещин в металлах и горных породах. Эмиссии ЭМИ от металлов и сплавов также были изучены и подтверждены. Молоцкий представил дислокационный механизм этого типа излучения ЭМИ. [20] Недавно Срилакшми и Мисра сообщили о дополнительном явлении вторичного ЭМИ во время пластической деформации и распространения трещин в металлах и сплавах без покрытия и с металлическим покрытием. [ необходима цитата ]

Теория [ править ]

Мисра (1973–75) сообщил об ЭМИ во время микропластической деформации и распространения трещин в некоторых металлах и сплавах, а также о возникновении переходного магнитного поля во время образования шейки в ферромагнитных металлах, что было подтверждено и исследовано несколькими исследователями. [ необходима цитата ] Тудик и Валуев (1980) смогли измерить частоту ЭМИ при растяжении железа и алюминия в области 10-14 Гц с помощью фотоумножителей.. Срилакшми и Мисра (2005a) также сообщили о дополнительном явлении вторичного электромагнитного излучения в металлах и сплавах без покрытия и с металлическим покрытием. Если твердый материал подвергается напряжениям большой амплитуды, которые могут вызвать пластическую деформацию и разрушение, возникают такие выбросы, как тепловые, акустические, ионные, экзо-излучения. С открытием новых материалов и развитием приборов для измерения эффектов ЭМИ, образования трещин и разрушения; эффект эмиссии ЭМИ становится важным.

Генерация рентгеновских лучей [ править ]

В умеренном вакууме отслаивающаяся лента генерировала рентгеновские лучи, достаточные для рентгеновского исследования пальца человека. [21]

ЭМИ, вызванное деформацией [ править ]

Изучение деформации необходимо для разработки новых материалов. Деформация металлов зависит от температуры, типа приложенного напряжения, скорости деформации, окисления и коррозии. ЭМИ, вызванное деформацией, можно разделить на три категории: эффекты в ионно-кристаллических материалах; эффекты в породах и гранитах; и эффекты в металлах и сплавах. Излучение ЭМИ зависит от ориентации зерен в отдельных кристаллах, поскольку свойства материалов в разных направлениях различаются. [22] Амплитуда импульса ЭМИ увеличивается, пока трещина продолжает расти, поскольку новые атомные связи разрываются, что приводит к ЭМИ. Пульс начинает затухать, когда треск прекращается. [23] Наблюдения в ходе экспериментов показали, что излучаемые сигналы ЭМИ содержат смешанные частотные компоненты.

Методы испытаний для измерения ЭМИ [ править ]

Наиболее широко метод испытаний на растяжение используется для характеристики механических свойств материалов. Из любого полного протокола испытаний на растяжение можно получить важную информацию об упругих свойствах материала, характере и степени пластической деформации, текучести и прочности на разрыв и ударной вязкости. Информация, которую можно получить в результате одного испытания, оправдывает широкое использование испытания на растяжение в исследованиях инженерных материалов. Поэтому исследования эмиссии ЭМИ в основном основаны на испытании образцов на растяжение. Экспериментально можно показать, что образование трещины при растяжении вызывает более интенсивное ЭМИ, чем растрескивание при сдвиге, увеличение упругости, прочности и скорости нагружения при одноосном нагружении увеличивает амплитуду. Коэффициент Пуассонаявляется ключевым параметром для характеристики ЭМИ при трехосном сжатии. [24] Если коэффициент Пуассона ниже, материал труднее деформироваться в поперечном направлении и, следовательно, выше вероятность новых трещин. Механизм пластической деформации очень важен для безопасной работы любого компонента в динамических условиях.

Использование и приложения [ править ]

Этот ЭМИ можно использовать при разработке датчиков / интеллектуальных материалов. Этот прием может быть реализован и в технике порошковой металлургии . ЭМИ - одно из таких излучений, сопровождающих большую деформацию. Если можно идентифицировать элемент, который дает максимальный отклик на ЭМИ при минимальном механическом воздействии, то его можно включить в основной материал и, таким образом, задать новые тенденции в разработке интеллектуальных материалов. ЭМИ, вызванное деформацией, может служить мощным инструментом для обнаружения и предотвращения отказов.

Орловский В.Е. изобрел прибор для измерения ЭМИ цельной крови и лимфоцитов в лабораторной диагностике . [25] [26] [27]

См. Также [ править ]

  • Пьезоэлектричество
  • Свет землетрясения
  • Список источников света
  • Сонолюминесценция

Ссылки [ править ]

  1. ^ BBC Big Bang о триболюминесценции
  2. ^ Доусон, Тимоти (2010). «Изменение цвета: теперь вы их видите, теперь нет». Технология окраски . 126 : 177–188. DOI : 10.1111 / j.1478-4408.2010.00247.x .
  3. ^ Бэкон, Фрэнсис. Novum Organum
  4. ^ В. Клегг, Г. Bourhill и И. Sage (апрель 2002). «Трииодид гексакиса (антипирин-O) тербия (III) при 160 K: подтверждение центросимметричной структуры блестяще триболюминесцентного комплекса» . Acta Crystallographica Раздел E . 58 (4): m159 – m161. DOI : 10.1107 / S1600536802005093 .
  5. ^ Орел, ВЕ; Алексеев, СБ; Гриневич, Ю.А. (1992), "механолюминесценции: метод количественного анализа лимфоцитов в неоплазии", биолюминесценции и хемилюминесценции , 7 (4): 239-244, DOI : 10.1002 / bio.1170070403 , PMID 1442175 
  6. ^ "Rockhounding Арканзас: эксперименты с кварцем" . Rockhoundingar.com . Проверено 9 октября 2012 .
  7. ^ Природа (журнал). Клейкая лента излучает рентгеновские лучи
  8. ↑ Карасев, В.В.; Кротова, Н.А.; Дерягин, Б.В. (1953). « Исследование электронной эмиссии при снятии слоя высокополимера со стекла в вакууме». Доклады Академии Наук СССР . 88 : 777–780.
  9. ^ Камара, CG; Эскобар, СП; Hird, JR; Путтерман, SJ (2008). «Корреляция между наносекундными рентгеновскими вспышками и трением прерывистого скольжения в отслаивающейся ленте». Природа . 455 (7216): 1089–1092. Bibcode : 2008Natur.455.1089C . DOI : 10,1038 / природа07378 .
  10. ^ Чанг, Кеннет (2008-10-23). «Скотч раскрывает силу рентгеновских лучей» . Нью-Йорк Таймс .
  11. ^ Кэтрин Бурзак (2008-10-23). «Рентген, сделанный с помощью скотча» . Обзор технологий . Проверено 9 октября 2012 .
  12. ^ Neeraj Кришна, G. (2014). «Рентгеновское излучение при трении металлов» . Трибология в промышленности . 36 : 229–235.
  13. ^ "Результат запроса WebCite" . Архивировано из оригинала на 2009-10-20.
  14. ^ «Новости науки онлайн - на этой неделе - выпуск новостей - 17.05.97» . Sciencenews.org. 1997-05-17 . Проверено 9 октября 2012 .
  15. ^ «Умнее с каждым днем» . Youtube . Проверено 25 мая 2020 .
  16. ↑ Орел, В.Е. (1989), «Триболюминесценция как биологический феномен и методы его исследования» , Книга: Труды Первой международной школы биологической люминесценции : 131–147.
  17. ^ Орел, ВЕ; Алексеев, СБ; Гриневич, Ю.А. (1992), "механолюминесценции: метод количественного анализа лимфоцитов в неоплазии", биолюминесценции и хемилюминесценции , 7 (4): 239-244, DOI : 10.1002 / bio.1170070403 , PMID 1442175 
  18. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « триболюминесценция ». DOI : 10,1351 / goldbook.T06499
  19. ^ Примечание: это явление можно продемонстрировать, удалив лед из морозильной камеры в затемненном помещении, в условиях, когда лед издает треск из-за внезапного теплового расширения. Если окружающий свет достаточно тусклый, можно наблюдать вспышки белого света от растрескивающегося льда.
  20. ^ Чаухан, VS1 (2008), «Влияние скорости деформации и повышенной температуры на излучение электромагнитного излучения во время пластической деформации и распространения трещин в титановых листах ASTM B 265 класса 2», Журнал материаловедения , 43 (16): 5634–5643, Bibcode : 2008JMatS..43.5634C , DOI : 10.1007 / s10853-008-2590-5
  21. ^ Камара, Карлос G .; Эскобар, Хуан V .; Хирд, Джонатан Р .; Putterman, Сет Дж (2008), "Корреляция между наносекундными рентгеновскими вспышками и трением прилипания-скольжением в отслаивании ленты", Nature , 455 (7216): 1089-1092, Bibcode : 2008Natur.455.1089C , DOI : 10.1038 / nature07378
  22. ^ КУМАР, Райеи (2006), «Влияние параметров обработки на электромагнитном излучении излучения в процессе деформации и трещин в распространении пластического медно-цинковые сплавы», журнал Zhejiang University Science A , 7 (1): 1800-1809, DOI : 10,1631 /jzus.2006.a1800
  23. ^ Фрид, В. (2006), "Перелом индуцированное электромагнитное излучение" (PDF) , Журнал прикладной физики , 36 (13): 1620-1628, Bibcode : 2003JPhD ... 36.1620F , DOI : 10,1088 / 0022-3727 / 36/13/330
  24. ^ Фрид, В. (2000), "Контроль водной инфузии методом электромагнитного излучения в пластах, подверженных горным ударам", Журнал прикладной геофизики , 43 (1): 5–13, Bibcode : 2000JAG .... 43 .... 5F , DOI : 10.1016 / S0926-9851 (99) 00029-4
  25. ^ Орел, ВЕ; Романов, А.В.; Дзятковская, НН; Мельник, Ю.И. (2002), "Устройство и алгоритм для оценки механоэмиссии хаоса в крови больных раком желудка", медицинская техника Физика , 24 (5): 365-3671, DOI : 10.1016 / S1350-4533 (02) 00022-X , PMID 12052364 
  26. ^ "Триболюминесцентный метод и прибор для определения материала. Патент Франции 2 536 172 15/12/1982" .
  27. ^ Орел, V.É .; Кадюк И.Н.; Мельник Ю.И .; и другие. (1994), "Физические и инженерные принципы в изучении механически индуцированной эмиссии крови", биомедицинской инженерии , 28 (6): 335-341, DOI : 10.1007 / BF00559911

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Мартин Хил, Хесус; Мартин Хиль, Франсиско Дж. (1978). «Триболюминесценция новых солей уранила». Журнал химического образования . 55 (5): 340. Bibcode : 1978JChEd..55..340G . DOI : 10.1021 / ed055p340 .
  • Свитинг, Линд М. (сентябрь 1998 г.). «Винтергреновые конфеты и другие триболюминесцентные материалы» . Кафедра химии . Научные эксперименты дома. Тоусонский университет.

Внешние ссылки [ править ]

  • «Звуковая наука за светящимся сахаром» . Мир физики . 2006 г.
  • «Корреляция между наносекундными рентгеновскими вспышками и трением прерывистого скольжения в отслаивающейся ленте». Природа . 455 (7216): 1089–1092. 23 октября 2008 г. Bibcode : 2008Natur.455.1089C . DOI : 10,1038 / природа07378 .
  • Обсуждение триболюминесценции на Tribo Net
  • Заставьте клейкую ленту светиться на YouTube (2010)
  • Бандаиды светятся при открытии ?! - Тайны повседневности на Youtube (2018)