مطالبی در رابطه فسفرسانس و فلورسانس(ماژیک های شبرنگ)

به هر پديده اي فيزيكي كه در آن از طريقي به جزء افزايش دماي صرف يك ماده نور توليد شود لومينانس گوييم.اين واژه از واژه ي يوناني لومينوس به معني درخشان گرفته شده است. اين پديده با ساختار اتمي ماده د ارتباط مي باشد. بدرستي مشخص نيست از چه زمان براي انسان اين پديده شناخته شده است ،اما مسلما از گذشته هاي دور ،نور افشاني بعضي از مواد در اثر حرارت آتش ويا هنگام شكسته شدن سنگ ها توجه بشر را به خود جلب كرده است.پديده لومينانس بطور عموم به تابش نور توسط يك ماده اطلاق مي شود. خود شامل دو نوع تابش مي باشد.
1-فلورسانس 2- فسفرسانس
فسفر سانس وفلورسانس پديده هايي هستند كه در آنها يك ماده خاص كه بطور عام به آن فسفر گفته مي شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئي يا غيرمرئي يا عواملخارجي نظير ضربه خوردن ،گرم شدن ،مالش وخراش اين را در خود ذخيره مي كند وسپس آن انرژي را به صورت طيفي از امواج مرئي در طول مدت زماني منتشر مي كند،اگر اين را بعنوان شباهت اين دو پديده باشد تفاوت آنها در اختلاف زماني بين اين دودريافت تابش يا بعبارت ديگر دوام تابش است. اگر زمان تحريك كمتر از 10 به توان 8- ثانيه باشد ،اين پديده را فلورسانس گوييم واگر زمان تحريك بيش از 10 به توان 8- ثانيه باشد آن را فسفرسانس مي ناميم.به عبارتي در فسفرسانس تحريك طولاني تر وتشعشع طولاني تري داريم ودر فلورسانس تحريك كوتاه تر وتشعشع كوتاهتري داريم.اين نور افشاني سرد ورنگين است و ارتباطي به سوختن ،اكسيداسيون ويا توليد حرارت ندارد. در فلورسانس كه نمونه آن نور لامپ فلورسنت خانگي (مهتابي) يا صفحه تلويزيون است تابش آني است وتقريبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام مي شود. در حاليكه در فسفرسانس كه نمونه آن اسباب بازيها ووسايل شب نما است ماده پس از قطع نور نيز تا مدتي به تابش ادامه مي دهد كه مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده دارد كه مي تواند از چند ثانيه تا چند روز وحتي چند سال طول بكشد.
براي اولين بار جورج استوكس در اوايل سال 1800ميلادي در يافت فلوريت (يك نوع سنگ) در نتيجه ي قرار گرفتن در معرض تابش نور فرابنفش خورشيد رنگ فلورسنت آبي از خود نشان مي دهد.پس از مطالعات مفصل نام فلورسانس را از كاني فلوريت الهام گرفت. بر اين اساس كاني ها وموادي كه اين ويژگي را به نمايش مي گذارند فلورسنت ناميده مي شوند.
نور افشاني لومينانس پس از قطع تابش نور فسفرسانس ناميده مي شود. اين نام تنها به دليل شباهت ظاهري اين پديده به نورحاصل از سوختن فسفر در تاريكي براي آن انتخاب شده است اما ارتباطي با فسفر ندارد.برخي از مواد وكاني ها براي چند لحظه فسفرسانس هستند در حاليكه برخي ديگر براي مدتطولاني به نور دهي (ولو به شدت ناچيز) ادامه مي دهند. بعضي از كاني ها تا چند سال پس از تابش نيز به نور افشاني خود ادامه مي دهند.
اساس پديده لومينانس همان برانگيختگي الكترون هاست. مي دانيد كه در يك اتم الكترونها در وضعيت هاي انرژي مختلفي نسبت به هسته قرار دارد كه به آنها تراز هاي الكتروني گفته مي شود ويژگي هر تراز انرژي معلوم ومشخص آن است كه با افزايش فاصله تراز از هسته افزايش مي يابد. يك الكترون تنها در اين ترازها وبا انرژي هاي ويژه مي تواند به دور هسته بچرخد ونمي تواند هر انرژي دلخواهي داشته باشد.در وضعيت عادي كه هيچ انرژي اضافي وجود ندارد الكترونها به ترتيب ترازهاي انرژي اتم را از پايين به بالا پر مي كنند وبه ترازي كه هر الكترون در اين وضعيت اشغال مي كند تراز پايه اي آن گفته مي شود كه پايدارترين وضع براي آن است.
اگر در اين حالت يكي از الكترونها كه معمولا الكترون تراز آخر است به هر طريقي از جنبش هاي گرمايي گرفته تا برخورد فوتون وذره انرژي مي گيرد واين انرژي با اختلاف انرژي تراز پايه با يكي از ترازهاي بالاتر برار باشد الكترون انرژي را جذب مي كند وبا احتمال مشخصي به تراز بالاتر مي رود.در اين وضعيت الكترون برانگيخته شده است اما از آنجا كه حالت پايه پايدارتر است اين گذار وبرانگيختگي معمولا زياد طول نمي كشد والكترون به سرعت از تراز انرژي پايه به تراز انرژي ديگري كه انرژي كمتري دارد بر مي گردد.در ضمن اين فرايند اختلاف انرژي دو تراز را بصورت يك فوتون كه فركانس آن به اين اختلاف انرژي وابسته است آزاد مي كند. اگر فركانس اين تابش در محدوده نور مرئي قرار بگيرد ما آن را بصورت تابش لومينانس خواهيم ديد. در شكل زير تفاوت تراز هاي الكتروني در پديده فلورسانس نشان داده شده است .همانطور كه مشخص است در فلورسانس كل ماجراي برانگيختگي ميان دو تراز اصلي ميان انرژي هاي e1وٍٍٍe2 اتفاق مي افتد كه جابجايي بين آنها كاملا آزاد است. الكترون با دريافت انرژي بر انگيخته شده وبه تراز انرژي e2 مي رود.پس از زماني حدود 10 بتوان 8- ثانيه دوباره به تراز اول بر مي گردد وفوتوني با انرژي e2 منهايe1 e2-e1)) تابش مي كند. بر اساس قانون لومينانس در هر جسم فلورسنت همواره طول موج نور فلورسنت ايجاد شده از طول موج پرتو هاي پر انرژي تحريك كننده بلند تر است يعني انرژي كمتري دارد .پرتو افشاني فلورسانس تا بازگشت كامل تمام الكترونها به مدار هاي اوليه شان ادامه مي يابد.
و اما،در فسفرسانس ماجرا به خاطر وجود يك تراز مياني اندكي پيچيده تر است.
اين تراز كه بين تراز انرژي پايه وبرانگيخته قرار دارد تراز انرژيي نيمه پايدارناميده ميشود ومانند يك دام يا تله براي الكترونها عمل مي كند زيرا طبق قوانين حاكم بر گذارهاي اتمي به خاطر شرايط خاص اين تراز انتقال الكترون از آن به ساير تراز هاي ممنوع و احتمال آن بسيار كم است. بنابراين اگر الكتروني پس از برانگيختگي از ترازe2 در دام تراز نيمه پايدار بيفتد آنقدر آنجا مي ماند تازماني كه طريق ديگري دوباره بر انگيخته شود وبه تراز انرژي e2 برگردد. اين اتفاق مي تواند تحت تاثير جنبش هاي گرمايي اتمها با ملكول مجاور ويا بر انگيختگي نوري مثلا جذب نور مادون قرمز روي دهد .اما احتمال وقوع آن بسيار كم است وبه همين دليل چنين الكترونهايي تا مدتها در تراز مياني مي مانند كه اين مدت به ساختار اتمي ماده وشرايط محيطي بستگي دارد وهمين ،عامل تاخير در باز تابش بخشي از انرژي در يافت شده است. شكل زير بيانگر بهتري براي فسفرسانس است.مثال عيني از پديده ي فسفر سانس ،كر مهاي شب تاب مي باشند.
از بين مواد فلورسانس مي توان به روي سولفيد اشاره نمود كه در پوشش داخلي لامپهاي مهتابي خانگي كاربرد دارد.
آلومينات استرانسيم از جديد ترين مواد فسفرسانس مي باشد كه در تهيه وسايل اسباب بازي كاربرد دارد.بعضي مواقع ممكن است شما موادي را ببينيد كه مي درخشند ولي به انرژي احتياجي ندارند !يكي از مثالها بر روي عقربه هاي ساعت هاي گران قيمت است .در آنها مادهي فسفرسانس را با يك عنصر راديو اكتيو سبك مثل راديوم مخلوط مي كنند تا تشعشع دائمي اين ماده راديو اكتيو نقش نور شارژ كننده ماده فسفر سانس را بازي كند.
امروزه بسياري از كارخانه ها با بهره گيري ازرنگهاي مخلوط با مواد فسفرسانس كه رنگهاي شب تاب نيز ناميده مي شوند،در محصولات خود با رقباي سنتي خود رقابت مي كنند. برخي از كاربرد هاي ابتكاري كه با استفاده از اين رنگها انجام مي شود به شرح زير است:
-چاپ سيلك روي پارچه و ...
2-پوشش مجسمه
3-ساخت اسباب بازي
4-به عنوان رنگ در تزريق پلاستيك
5-ساخت گل مصنوعي كه در شب نور ميدهند
6-علائم هشدار دهنده و ماژیک های شبرنگ
7-رنگ آميزي ساختمان
8-نقاشي ماه ستاره و .... در سقف اتاق1