المواد المتلألئة والضوئية
تحوّل المواد المتلألئة الطاقة الممتصة إلى ضوء منبعث عبر مراكز تنشيط في شبكة مضيفة، بينما تستخدم المواد الضوئية بنية دورية للتحكم في كيفية انتشار الضوء؛ وكلاهما يعتمد على كيمياء تفاعل الضوء والمادة في المواد الصلبة.
Definition
المواد المتلألئة هي مواد صلبة تصدر الضوء عند إثارتها بالفوتونات أو الإلكترونات أو أي طاقة أخرى، من خلال مراكز بصرية موضعية في شبكة مضيفة؛ والمواد الضوئية هي مواد صلبة يتحكم فيها التباين الدوري في معامل الانكسار بانتشار الضوء، بما في ذلك عن طريق تشكيل فجوات نطاق ضوئية.
Scope
يغطي هذا الموضوع المواد الصلبة المصممة لإصدار الضوء أو توجيهه: الفوسفورات التي تتلألأ فيها أيونات التنشيط، غالبًا منشطات من العناصر الأرضية النادرة أو المعادن الانتقالية، داخل بلورة مضيفة؛ كيمياء المضيف والمنشط، ونقل الطاقة، وصورة الإحداثيات التكوينية التي تحكم لون وكفاءة الانبعاث؛ والمواد الضوئية التي تخلق بنيتها العازلة الدورية فجوات نطاق ضوئية تشكل تدفق الضوء. ويربط هذا الموضوع المراكز البصرية والبنية بالإضاءة، والشاشات، والمكونات البصرية.
Core questions
- كيف تنتج مراكز التنشيط في الشبكة المضيفة التلألؤ؟
- ما الذي يتحكم في لون وكفاءة انبعاث الفوسفور؟
- كيف يؤثر نقل الطاقة بين المراكز على التلألؤ؟
- كيف تتحكم الهياكل الضوئية في انتشار الضوء؟
Key concepts
- الشبكة المضيفة والمنشط
- مراكز العناصر الأرضية النادرة والمعادن الانتقالية
- نموذج الإحداثيات التكوينية
- نقل الطاقة والإخماد
- فجوة النطاق الضوئية
- احتواء الضوء وتوجيهه
Key theories
- تلألؤ المضيف والمنشط
- يأتي الانبعاث في الفوسفورات من الانتقالات البصرية لأيونات التنشيط المدمجة في مضيف؛ ويحدد المضيف والتنسيق المحلي مستويات الطاقة، ويفسر نموذج الإحداثيات التكوينية الامتصاص والانبعاث والإخماد الحراري.
- فجوات النطاق الضوئية
- يمكن لترتيب دوري للمواد العازلة أن يمنع انتشار الضوء في نطاقات تردد معينة، مما يخلق فجوة نطاق ضوئية مماثلة لفجوة النطاق الإلكترونية ويسمح باحتواء الضوء وتوجيهه والتلاعب به.
Mechanisms
يمتص أيون التنشيط الطاقة ويرتفع إلى حالة إثارة يسترخي منها إشعاعيًا، باعثًا فوتونًا تتحدد طاقته بواسطة المركز وبيئته؛ ويقلل الاسترخاء غير الإشعاعي المتنافس ونقل الطاقة إلى مواقع الإخماد من الكفاءة، بينما في البلورات الضوئية يمنع التداخل من البنية الدورية بعض الأنماط البصرية.
Clinical relevance
تمكّن المواد المتلألئة والضوئية تقنية الضوء الأبيض والشاشات: تحوّل الفوسفورات انبعاث الثنائيات الباعثة للضوء والمصابيح الفلورية إلى ألوان قابلة للاستخدام، وتخدم الومّاضات وفوسفورات الأشعة السينية التصوير، وتوجه الهياكل الضوئية الضوء وتصفيه في الألياف البصرية والليزر والأجهزة الضوئية المتكاملة.
History
تطورت كيمياء الفوسفورات خلال القرن العشرين للإضاءة الفلورية وشاشات أنبوب الأشعة المهبطية، مع تدوين منشطات العناصر الأرضية النادرة في أعمال مثل أعمال بلاس وغرابماير. وقد فتح مفهوم فجوة النطاق الضوئية، الذي قدمه يابلونوفيتش وجون بشكل مستقل في عام 1987، تصميم البلورات الضوئية للتحكم في الضوء، مكملاً الكيمياء المتلألئة في التكنولوجيا البصرية الحديثة.
Key figures
- George Blasse
- Eli Yablonovitch
- Sajeev John
Related topics
Seminal works
- blasse1994
- joannopoulos2008
Frequently asked questions
- لماذا يحتاج مصباح LED الأبيض إلى فوسفور؟
- يصدر الثنائي الباعث للضوء عادةً نطاقًا ضيقًا من الألوان، غالبًا الأزرق. تمتص طبقة الفوسفور جزءًا من هذا الضوء وتعيد إصداره عند أطوال موجية أطول، بحيث يمتزج مزيج الضوء المنقول والمحول ليبدو أبيض.
- ما هي فجوة النطاق الضوئية؟
- هي نطاق من ترددات الضوء لا يمكن أن ينتشر عبر مادة يتغير معامل انكسارها بشكل دوري على مقياس الطول الموجي. ينعكس الضوء في هذا النطاق أو يُحتوى بدلاً من أن ينتقل، تمامًا كما تمنع نطاق الطاقة المحظور الإلكترونات في أشباه الموصلات.