ОБ ОЦЕНКЕ ПЕРСПЕКТИВ ПОВЫШЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ВИРТУАЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Мордюк В.С. Горюнов В.А. Золотков В.Д. Тихонова Н.П. Маскинсков Д.В. Статья в формате PDF 123 KB Бытующие представления о люминофорах, как о диэлектриках, в которые «вкраплены» точечные дефекты (активаторы) с позиций современной теории дислокаций недостаточно точны. Дислокации в диэлектриках и полупроводниках являются шнурами проводимости [1], поэтому правильнее представлять себе структуру люминофора, как некую смесь трех объемов - проводящих объемов, локализующихся вокруг ядер дислокаций, идеальных диэлектриков на большом расстоянии от этих дефектов, и объемов с переходными свойствами от диэлектрика к проводнику, локализующихся в непосредственной близости вокруг дислокаций. Каждый из этих объемов обладает различной «активностью» с точки зрения интенсивности люминесценции. Отсюда следует вывод о вероятностном характере актов возбуждения активаторных центров и актов излучения ими видимого света, что сильно зависит от плотности дислокаций в решетке. Простые микроскопические рассуждения подсказывают, что часть налетающих фотонов ультрафиолета, сразу попадающие в области дислокационных проводящих ядер не способны осуществлять акты излучения видимого света. Еще в начале 19 века было замечено [2], что предельно размолотые люминофоры полностью теряют способность люминесцировать. Это объясняется только тем, что в этом случае плотность дислокаций настолько велика, что практически весь объем люминофоров превращается в проводник, в котором акты возбуждения и излучения света центрами свечения невозможны. Имеющиеся наблюдения [3,4] показывают, что с увеличением степени размола и плотности дислокаций в люминофорах происходит уменьшение интенсивности люминесценции и снижение световой отдачи люминесцентных ламп. Из этих рассуждений следует простой вывод о том, что для увеличения эффективности люминофоров необходимы исследования и разработки по дальнейшему снижению плотности дислокаций в кристаллической решетке. Пока отсутствуют реальные разработки по значительному уменьшению плотности этих дефектов в порошковых люминофорах, в настоящем изложении кратко описываются результаты виртуального эксперимента по перестройке реального расширенного спектра люминесценции при условии полного отсутствия в люминофоре проводящих дислокационных линий. В области локализации дислокаций происходит изменение ширины запрещенной полосы и энергетических расстояний между стабильными и возмущенными электронными уровнями активаторов [5]. При постоянной длине волны возбуждающего излучения это приводит к появлению увеличивающихся и уменьшающихся квантов видимого света в областях расширения и сужения запрещенной полосы соответственно. Одновременно с этим резко изменяется вероятность осуществления актов возбуждения, что ведет в конечном итоге к расширению спектра люминесценции и снижению ее интенсивности при удалении влево и вправо от длины волны, при которой наблюдается максимум излучения. Область максимума соответствует объемам люминофора вдали от локализации дислокаций с постоянной шириной запрещенной полосы, постоянной величиной квантов видимого света и постоянной вероятностью осуществления актов возбуждения и излучения квантов люминесценции.

Методика эксперимента заключалась в следующем. Реально измеренный спектр у основания разделяется на диапазоны по 5 - 10 нанометров. Поскольку отсутствуют дислокации, отсутствует расширение спектра, не будет и расширенных полос излучения каждого из активаторов, поскольку отсутствует основная причина их расширения - внутренние напряжения от дефектов. Не будет ни увеличенных, ни уменьшенных по величине квантов, так как в бездефектной решетке энергетические расстояния между стабильными и возмущенными уровнями активаторов повсеместно будут постоянными. По той же причине не будет наблюдаться изменение вероятности возбуждения и излучения активаторных центров, все они будут излучать с одной и той же вероятностью, равной 1. Поскольку в бездефектной решетке отсутствуют причины появления квантов света различной величины и причины изменения вероятностей возбуждения и излучения, интенсивность люминесценции в каждом из диапазонов будет одинаковой и равной максимальной интенсивности в каждой из составных частей разделенной экспериментальной полосы. В бездефектной решетке вместо расширенных максимумов будут наблюдаться только узкие линии излучения с шириной, примерно равной ширине каждого из диапазонов и высотой во столько раз большей высоты каждого из максимумов экспериментальной кривой, сколько диапазонов находится у основания каждого из них. В качестве независимого качественного подтверждения получения линейчатого спектра у бездефектного галофосфатного люминофора, можно указать на то, что у так называемых «редкоземельных» люминофоров, в которых редкоземельные активаторы европий, тербий и другие излучают не внешними валентными электронами, а внутренними, тоже наблюдается линейчатый спектр с чрезвычайно узкими (до 3-5 нанометров) полосами излучения. Оценку перспектив повышения эффективности люминофоров можно проводить в двух направлениях. По одному из них сугубо энергетический выигрыш оценивается просто как частное от деления площади линейчатого спектра на площадь реально измеренного спектра. Более близким к практическим задачам является направление по оценке повышения световой эффективности, (точнее - в повышении световой отдачи) широко применяющегося галофосфатного люминофора у которого наблюдаются два максимума, сурьмяный и марганцевый. Поэтому для оценки повышения световой эффективности этого люминофора и экспериментальную уширенную спектральную полосу и оба линейчатые максимума пересчитывались с учетом относительной спектральной световой эффективности излучения. За счет такого пересчета, оба максимума существенно уменьшаются по величине, а реально измеренный двуполостный максимум превратился в полосу с одни максимумом. Повторяя теперь деление площади под обоими пересчитанными линейчатыми максимами на площадь пересчитанного реального максимума, получаем величину 2,28,т.е. эффективность бездефектного люминофора может быть повышена в 2,28 раза от 85 лм/Вт до величины 193,8 лм/Вт, что примерно совпадает с оценками работы [6], по которой световая отдача люминесцентных ламп в перспективе может быть повышена до 145 лм/Вт. Для компактных материалов способ уменьшения плотности дислокаций реализуется посредством регулируемых отжигов. В случае порошков затруднения связаны с возможностью из взаимного спекания, после чего их вновь необходимо было бы размалывать.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. М.: 1974.- 464 с.
  2. Риль Н. Люминесценция. Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1946. - 184 с.
  3. Нилендер Р.А., Трошенский Д.П. Усовершенствование люминофоров для источников света. Известия АН СССР. Сер. физ. 1961.- Т 25.- № 3.- С.435-438.
  4. Мордюк В.С. Физические модели, структурные механизмы и методы замедления процесссов старения материалов в источниках света. Дисс. докт. техн. наук, Москва, 1995 - 487 с.
  5. Бонч- Бруевич В.Л., Гласко В.Б. К теории электронных состояний, связанных с дислокациями. Физика твердого тела.- Т.111.- Вып. 1.- С. 36 - 44.
  6. Kauer E., Schnedler E. Moglichkaiten und Grenzen der Lichterzeugung. Phus. Bl.-Vol.42.- №5. S. 128 - 133.





Строительство нового газопровода в Южную Осетию начнется с декабря в Уфе.

Для того, чтобы лично курировать этот вопрос от лица Администрации Президента, в город лично прибыл Сергей Константинович Ушаков. Как утверждает глава городской администрации Михаил Бровман , на улице Хершиной целый квартал ветхого жилого фонда будет снесен для разворачивания промзоны строительства.