Активатор (люминофор) - Activator (phosphor)
В люминофорах и сцинтилляторах , то активатор представляет собой элемент , добавленный в качестве легирующей примеси в кристалл материала для создания желаемого типа неоднородности.
При люминесценции только небольшая часть атомов, называемых центрами излучения или центрами люминесценции , излучает свет. В неорганических люминофорах эти неоднородности в кристаллической структуре обычно создаются добавлением следовых количеств легирующих примесей, называемых активаторами . (В редких случаях дислокации или другие дефекты кристалла могут играть роль примеси.) Длина волны, излучаемой центром излучения, зависит от самого атома, его электронной конфигурации и от окружающей кристаллической структуры.
Активаторы продлевают время свечения (послесвечение). В свою очередь, другие материалы (такие как никель ) могут быть использованы для гашения послесвечения и сокращения части затухания характеристик излучения люминофора.
Электронная конфигурация активатора зависит от его степени окисления и имеет решающее значение для светового излучения. Окисление активатора - один из распространенных механизмов деградации люминофора. Распределение активатора в кристалле также имеет большое значение. Диффузия ионов может вызвать истощение кристалла активаторами, что приведет к потере эффективности. Это еще один механизм деградации люминофора.
Процесс сцинтилляционного в неорганических материалах связан с электронной зонной структурой , найденной в кристаллах . Падающая частица может возбудить электрон из валентной зоны либо в зону проводимости, либо в экситонную зону (расположенную чуть ниже зоны проводимости и отделенную от валентной зоны энергетической щелью ). Это оставляет связанную дыру в валентной зоне. Примеси создают электронные уровни в запрещенной зоне . Экситоны представляют собой слабосвязанные пары электрон-дырка, которые блуждают по кристаллической решетке до тех пор, пока целиком не захватываются примесными центрами. Последние затем быстро снимают возбуждение, испуская сцинтилляционный свет (быстрый компонент). В случае неорганических сцинтилляторов примеси активатора обычно выбираются так, чтобы излучаемый свет находился в видимом диапазоне или ближнем УФ, где эффективны фотоумножители . Дырки, связанные с электронами в зоне проводимости, не зависят от последней. Эти дырки и электроны последовательно захватываются примесными центрами, возбуждающими определенные метастабильные состояния, недоступные для экситонов. Замедленное девозбуждение этих метастабильных примесных состояний, замедленное из-за маловероятного запрещенного механизма , снова приводит к эмиссии света (медленная составляющая).
Активатор является основным фактором, определяющим длину волны излучения люминофора. Однако природа основного кристалла также может в некоторой степени влиять на длину волны.
Одновременно можно использовать больше активаторов.
Типичные примеры активаторов:
- Медь , добавленная в концентрации 5 ppm к сульфиду цинка, активированному медью , используется в светящихся материалах и зеленых люминофорах ЭЛТ ; долгое послесвечение
- Серебро , добавленное к сульфиду цинка для производства люминофора / сцинтиллятора, используемого в радиевых циферблатах , спинтарископах и в качестве обычного синего люминофора в цветных ЭЛТ, а также в сульфид цинка - сульфид кадмия, используемый в качестве люминофора в черно-белых ЭЛТ (где Соотношение ZnS / (Zn, Cd) S определяет баланс синего / желтого в результирующем белом); короткое послесвечение
- Европий (II), добавленный к алюминату стронция , используется для высокоэффективного свечения в темноте материалов, очень долгое послесвечение; вместе с другими материалами-хозяевами он часто используется в качестве красного излучателя в цветных ЭЛТ и люминесцентных лампах .
- Церий , добавленный в иттрий-алюминиевый гранат, используемый в белых светодиодах , возбуждаемый синим светом и излучающий желтый
- Таллий , используемый в йодиде натрия и йодид цезия сцинтилляционных кристаллов для обнаружения гаммы - излучения и гамма - спектроскопия
Недавно обнаруженный активатор - самарий (II), добавленный во фторид кальция. Sm (II) - один из немногих материалов, о которых сообщалось, что он обеспечивает эффективное сцинтилляцию в красной области спектра, особенно при охлаждении сухим льдом.