Luminicencia

LUMINISCENCIA
Dr. José Francisco Acuña Elgueta Profesor de Química Facultad de Agronomía Universidad de Concepción MSc . Luis Seminario Salas Docente de agroindustrias Universidad de Concepción

Sandra Williams Pinto Profesora de Química Colegio Instituto de Humanidades Alfredo Silva Santiago (Concepción)

LUMINISCENCIA FOSFORESCENCIA Luminiscencia es el nombre dado, generalmente, a laemisión de luz por un material como consecuencia de su absorción de energía. Se pueden utilizar varios tipos de fuentes de excitación, los que se usan como prefijo. Fotoluminiscencia usa fotones o luz, frecuentemente UV, para excitación. Electroluminiscencia usa una entrada de energía eléctrica. Cátodo luminiscencia usa rayos catódicos o electrones para proveer energía. Se pueden distinguir dos tipos defotoluminiscencia. Para un pequeño lapso de tiempo, ≤ 10-8 segundos, entre excitación y emisión, el proceso es conocido como fluorescencia. La fluorescencia cesa tan pronto como la fuente de excitación es removida. Para un tiempo de decaimiento mucho más largo, el proceso es conocido como fosforescencia. Este proceso puede continuar un largo lapso de tiempo después de que la fuente de excitaciónes removida. Los materiales fotoluminescentes generalmente requieren de una estructura cristalina huésped, ZnS, CaWO4, Zn2SiO4, etc., el cual es dopado con una pequeña cantidad de un activador, un catión tal como Mn2+, Sn2+, Pb2+, Eu2+. Algunas veces, se adhiere un segundo tipo de dopante que actúa como un sensitizador. El modo de operación de materiales inorgánicos luminescentes, conocidosgeneralmente como “fosforescentes”, es mostrado esquemáticamente en figura 1. Note que la energía de emisión es normalmente menor que la radiación absorbida, vale decir, de longitud de onda más larga. Este incremento efectivo en la longitud de onda es conocido como cambio Stokes. Las lámparas fluorescentes proveen la más importante aplicación de “fosforescencia”, La radiación excitante es luz UV desdeuna descarga de mercurio. Se requieren materiales fosforescentes que absorban esta radiación UV y emitan luz “blanca”. La construcción de una lámpara fluorescente es mostrada esquemáticamente en la figura 2. Esta consiste en un tubo de vidrio recubierto en su superficie interior con un material fosforescente y llenado con una mezcla de vapor de mercurio y argon. A través de la lámpara pasa unacorriente eléctrica, los átomos de mercurio son bombardeados por electrones y excitados a niveles energéticos superiores. . Ellos pueden retornar a los estados fundamentales, acompañados por la emisión de luz UV de dos longitudes de onda características, 2540 y 1850 Ǻ. Esta luz irradia la cubierta fosforescente en el interior de la superficie de vidrio recubierto, el cual subsecuentemente emite luzblanca.

Ejemplos de espectros de emisión de ZnS fosforescente activado con una variedad de cationes son mostrados en la figura 3. Cada activador da al ZnS un espectro y color característico. Para los distintos tipos de iones activadores ocurren diversas transiciones electrónicas, ejemplo:

Ion Ag+ Sb3+ Eu2+

Estado fundamental 4d10 4d105s2 4f7 Excitación H H H H H

Estado Exitado 4d95p4d105s55p 4f65d

H

H

H

H

H Emisión

(a)

H H H

H H H

A H H

H H H

H H H

Excitación

H

H

H

H

H

H

H

(b)

H

H

H H Trasferencia de energía S A

H

H

H H

H H

H H

H H

H H

Figura 1. Representación esquemática del proceso de luminiscencia (a) un activador, A, en un cristal huésped, H. (b) senzitizador, S, y un activador, A.Figura 2.Esquema de una lámpara fluorescente

Los materiales huéspedes usados en fosforescencia caen dentro de dos categorías principales: (a) Iónicamente enlazados, materiales aisladores, tales como CdB2O5, Zn2SiO4 y apatita, 3Ca3(PO4)2.Ca(Cl,F)2. A estos, se asocian un grupo de niveles discretos de energía del ion activador. Estos niveles son modificados por el ambiente local que...