Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

К МЕТОДИКЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОСТРОЕНИЯ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА

Мордюк В.С. Горюнов В.А. Золотков В.Д. Тихонова Н.П. Маскинсков Д.В.

Введение

Не может вызывать споров утверждение о том, что расширенный спектр излучения люминофора обусловлен влиянием внутренних напряжений, локализующихся в области энергоемких структурных дефектов - дислокаций. Возбуждение люминесценции в люминесцентных лампах осуществляется ультрафиолетовым излучением, частичная потеря их энергии происходит на структурных дефектах люминофора. Физическая причина расширения спектра заключается только в том, что поля внутренних напряжений вокруг дислокаций обуславливают изменения ширины запрещенной полосы, изменение энергетических уровней и возможных переходов оптических электронов [1]. Соответственно изменению ширины запрещенной полосы изменяются межуровневые энергетические переходы между стабильными и возмущенными уровнями активаторных центров свечения. При этом изменяются как вероятности актов возбуждения, так и величины энергий излучаемых квантов, которые поддаются расчетным оценкам. В настоящем сообщении предлагается способ расчетного построения спектра излучения люминофора (галофосфата кальция), для которого необходимо знание только положение максимумов излучения каждого из соактиваторов сурьмы и марганца и данных расчетных оценок ширины запрещенной полосы и межуровневых энергетических переходов электронов указанных центров излучения.

Теоретическая база построения расчетного спектра излучения

Ширина запрещенной полосы галофосфатного люминофора в бездефектной области Е0 составляет 8 eV [2]. Ее изменение в области локализации дислокаций δЕД расчитавается по известной формуле Ансельма, основанной на теории деформационного потенциала [2]:

δЕД = Е0 ± Е1(b/r) Cos ө;                                                (1)

где (b/r) Cos ө - величина дилатации в области локализации дефекта, b - вектор Бюргерса дислокации, принимаемый равным параметру решетки галофосфатного люминофора 1·10-9 м, r - расстояние до места в решетке, где оценивается величина δЕД, ө - величина угла между положительным направлением экстраплоскости дислокации и направлением радиус-вектора в точку расчета δЕД. Величина Е1 по Ансельму характеризуется, как энергия взаимодействия электрона с колебаниями решетки и имеет вид:

Е1 = (h2/4π2)/(3ma2);                                                         (2)

В (2) h - постоянная Планка, m - масса электрона, a- по Ансельму уже величина параметра кристаллической решетки. В отношении последней величины мы посчитали верным уточнение следующего порядка. Поскольку Е1 определяет взаимодействие электрона с колебаниями решетки, то верным будет в (2) проставлять не параметр решетки, а величину средней амплитуды колебаний L, поскольку только амплитуда колебаний определяет энергию колебаний. По результатам сравнения зависимости от расстояния до дефекта величины δЕД и величины напряжения от дислокации σ, можно показать, что средняя амплитуда колебаний для данного люминофора может быть принята равной L = 0,001a.

Методика построения теоретического спектра излучения

Поскольку составляющие сурьмяная и марганцевая полосы уширенного экспериментально измеренного спектра симметричны относительно максимумов излучения, можно принять распределение интенсивности в них соответствующим функции Гаусса. Энергия кванта излучения cвязана с длиной волны соотношением:

hν =hс/λ;                                                                     (3)

где ν - частота световых колебаний, а с - скорость света. От положения длины волны λ0 каждого из соактиваторов сурьмы и марганца влево и вправо на расстояние δλi = 10 нм последовательно находим величины новых квантов ()i = ()0 ± (δ)i, где ()0 - величина кванта, соответствующая положению максимума излучения λ0. В связи с тем, что длина волны при этом изменяется, каждая следующая величина ()i будет все больше изменятьться на каждое новое значение (δ)i по отношению к значению ()0 и будет равна каждому новому измененному значению межуровневого расстояния между энергиями стабильного и возмущенного уровней соактиваторов Sb и Mn. Эти новые межуровневые расстояния увеличиваются (уменьшаются) пропорционально изменению ширины запрещенной полосы по выражению (1), поэтому легко поддаются количественной оценке. Но с изменением межуровневого расстояния и все большим изменением расстояния между возмущенным и стабильным уровнями при постоянной величине кванта возбуждающего ультрафиолетового излучения резко снижается вероятность осуществления актов возбуждения центров свечения pi, поскольку кванту ультрафиолета все труднее «доставать» удаляющийся верхний уровень энергии, или все легче «перебрасыватся» в зону проводимости. По аналогии с другими энергоактивируемыми процессами [4] (диффузией, испарением и пр.) для величины вероятности свершения актов возбуждения и излучения pi можно записать:

pi =exp(-()i2/()02);                                                        (4)

Величину относительной интенсивности излучения определим через произведение числа переходов на вероятность излучательной рекомбинации:

Jотн = С·(hν)0·exp(-()i2/()02));                                    (5)

где С - концентрация каждого из соактиваторов в процентах.

Обсуждение результатов расчетных оценок

Сопоставление экспериментально полученной с помощью спектроскопических измерений [2] и расчетным путем построенной с ипользованием уточненной формулы Ансельма спектральных полос излучения галофосфатного люминофора с активаторными центрами свечения Sb и Mn позволяет высказать следующие замечания.

Предлагаемая методика позволяет получать принципиальную возможность расчетного построения спектра излучения при условии надежных данных относительно концентрации активаторов и аналитической формы распределения интенсивности линий спектра. На начальном этапе этих исследований не следует ожидать точного совпадения экспериментальной и расчетной полос излучения люминесценции. Расчетный спектр может оказаться существенно более измененным по отношению к экспериментальному и это возможно по нескольким причинам. Пока невозможно учесть все факторы, которые влияют на параметры спектров и, прежде всего, на соотношение максимумов излучения соактиваторов сурьмы и марганца. По данным работы Гугеля [2] на спектр излучения оказывает существенное влияние не только соотношение концентраций соактиваторов Sb и Mn, но и соотношение входящих в химическую формулу люминофора ионов галогенов фтора и хлора и даже примесных фаз. Кроме того, на форму расширенного спектра существенное влияние оказывает плотность дислокаций и характер их распределения в решетке люминофора. Возможны и другие причины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Никитенко В.И., Осипьян Ю.А. Влияние дислокаций на оптические, электрические и магнитные свойства кристаллов. Проблемы современной кристаллографии. «Наука». 1975.- С. 239-261.
  2. Гугель Б.М. Люминофоры для электровакуумной промышленности. М.: «Энергия»,1967.- 344 с.
  3. Ансельм А.П. Введение в теорию полупроводников. М.:Мир.1972. -386с.
  4. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: «Физматгиз».- 1960.- 564 с.

Библиографическая ссылка

Мордюк В.С., Горюнов В.А., Золотков В.Д., Тихонова Н.П., Маскинсков Д.В. К МЕТОДИКЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОСТРОЕНИЯ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ ЛЮМИНОФОРА // Успехи современного естествознания. – 2006. – № 11. – С. 28-29;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12080 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074