Рефераты. Исследование влияния частоты переменного электрического поля на яркость люминесценции различных люминофоров

Электрическое поле, приложенное к фотолюминесцирующему материалу, подобно инфракрасному излучению способно вызывать вспышку, либо тушение фотолюминесценции.

Процесс одновременного действия на фотолюминофор электрического поля и возбуждающего излучения называется электрофотолюм?несценцией.

1.4. ЭЛЕКТРОФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

1.4.1. Эффекты Гуддена - Поля и Дэшена

Давно известно, что приложение сильных электрических полей (постоянных или переменных) может существенно по-влиять на поведение фотолюминесцирующих материалов, возбуждаемых ультрафиолетовым светом. Эти эффекты можно наблюдать и во время периода затухания, следующего за прекращением действия возбуждающего света; первоначально они были обнаружены именно та-ким образом. В самых общих чертах различают уси-ление интенсивности света при наложении поля, назы-ваемое эффектом Гуддена - Поля, и гашение, именуемое эффектом Дэшена. Эффект Гуддена - Поля можно наблюдать, когда фосфор на-дежно изолирован от металлических электродов, к кото-рым прикладывается поле, в то время как для эффекта Дэшена, по-видимому, более благоприятны такие усло-вия, когда через фосфор проходит ток заметной вели-чины. Прикладываемые поля должны иметь напряжен-ность порядка нескольких киловольт на сантиметр. Оба эффекта могут наблюдаться совместно, причем эффект Гуддена - Поля обычно характеризуется меньшими по-стоянными времени.

На рис 5(a) показан суммарный эффект, который может наблюдаться в том случае, когда приложенное поле постоянно.

Относительная четкость различных деталей может довольно сильно изменяться от образца к образцу. В случае переменного, поля на кривую яркости света накладывается пульсация, которая, как правило, имеет сложную форму. При достаточно больших напря-женностях поля частота этой пульсации вдвое больше частоты поля. Пунктирная кривая соответствует слу-чаю, когда эффект Дэшена отсутствует. Обычно в тот момент, когда выключается внешнее поле, происходит небольшое усиление, но в некоторых случаях его нельзя заметить. Этот частный вид релаксации может быть очень быстрым, как наблюдалось, например, для одного из фосфоров, изучавшихся Штейнбергером, Лоу и Але-ксандером [32].

Детали этих эффектов сложным образом связаны как с напряженностью и характером поля, так и с ин-тервалом времени между моментом его включения и началом оптического возбуждения.

На рис. 5(б) пока-зано, например, как в течение затухания фотолюминес-ценции уменьшается величина световых импульсов в эффекте Гуддена - Поля. Перед началом основного спада наблюдается интересное и трудно объяснимое увеличение яркости, которое может служить, одним из примеров сильно усложненных и взаимосвязанных свойств этого явления. В магнитном поле соответствующие эффекты не наблюдались [33].

Как известно, процессы затухания в возбужденных фосфоресцирующих материалах могут быть ускорены инфракрасным излучением. При этом суммарное коли-чество излучаемой световой энергии остается постоян-ным независимо от того, ускоряется ли процесс затуха-ния или происходит спонтанно. Рассматриваемые же эффекты принципиально отличаются от подобного уско-ренного оптическим путем затухания, поскольку при наличии электрического поля величина интеграла по времени от выходящей световой энергии может суще-ственно измениться. Например, при эффекте Гуддена - Поля полное количество света, излучаемого в течение затухания, может увеличиться.

Во время освещения вещества электроны возбуж-даются за счет поглощения фотонов; когда оптическое возбуждение прекращается, в возбужденных состояниях будет находиться ограниченное число электронов. Поэтому действие внешнего поля, которое увеличивает полное количество излучаемого света, должно сказы-ваться в одном из двух направлений (или в обоих сразу) либо увеличивать относительную вероятность излучатель-ной рекомбинации (по сравнению с безызлучательной), либо приводить к дополнительному возбуждению элек-тронов. Последняя возможность представляется более правдоподобной. Однако Матосси [34] пересмотрел эти вопросы и в противопо-ложность последнему предположению связал эффект гашения с ростом вероятности безызлучательных переходов. Влияние поля можно изучать не только по нормаль-ной фосфоресценции, но также и по инфракрасному из-лучению, обусловленному предварительным освещением фосфора ультрафиолетовым светом. В принципе подоб-ные эксперименты позволяют получить сведения о роли процессов захвата, которые обусловливают задержку момента излучательной рекомбинации относительно мо-мента возбуждения носителя заряда. Однако результаты оказываются слишком слож-ными и пока не получили надежного теоретического истолкования [35].

1.4.2. Новые эксперименты по эффектам, вызванным электрическим полем

Описанные выше эффекты элек-трофотолюминесценции были предметом многочисленных исследований, и хотя объяснение их во многом остается еще сомнительным, основные эксперименталь-ные результаты представляют для нас интерес. На рис. 5(a) пунктирная линия соответствует случаю, когда после первоначального всплеска наблюдается остаточное увеличение яркости. Дестрио с сотрудниками [36] установили, что это происходит в некоторых ZnS-CdS- и ZnS-фосфорах, возбуждаемых рентгеновскими лучами и находящихся в переменном поле. Для экспериментальных целей эти порошкообразные фосфоры приготовлялись в виде суспензии в прозрачном диэлектрике. В случае постоянного поля эффект был только временным вследствие высокой проводимости фосфора. В некоторых случаях коэффициент усиления яркости достигал трех. При этом обычная форма дэшеновского гашения наблюдалась в том случае, когда электрические поля прикладывались к образцам во время облучения последних не рентгеновскими лучами, а ультрафиолетовым светом. Таким образом, эффекты, обусловленные наличием поля, оказываются чувствительными к способу оптического возбуждения.

На рис. 5(в) в показаны типичные результаты для зависимости эффектов усиления и гашения (после первоначального всплеска) от напряженности поля. О существовании максимума, за которым следует спад, сооб-щил также Штейнбергер с сотрудниками [32]. Когда внешнее поле прикладывалось в отсутствие возбуждающего облучения, никакой люминесценции не наблюдалось. Поэтому эффект усиления внешне (но не принципиаль-но) отличается от явления фотоэлектролюминесценции. Гобрехт и Гумлих описали интересный фосфор, содержащий марганец, в котором под действием электрического поля происходило усиление желтой и одновременное ослабление голубой полос фотолюминесценции [37].

Сложная природа явлений этой группы иллюстри-руется еще тем фактом, что влияние электрического возбуждения может сказываться в течение долгого вре-мени (например, нескольких часов) и что оно может обнаруживаться по действию вторичного оптического возбуждения. Насколько известно, систематические эксперименты по изучению электрофотолюминес-ценции монокристаллических образцов сульфида цинка еще не проводились, хотя относительно сульфида кадмия получены некоторые данные [38]. Подобные экспери-менты совершенно необходимы, чтобы составить полное представление об этих явлениях. Их можно было бы строго объяснить, если бы более полно были изучены явления электрической люминесценции, которые проис-ходят без оптического возбуждения. Дальнейшие ссылки на работы по электрофотолюмнесценции можно найти в обширной библиографии, составленной Айви [39].

1.4.3. Свечение при одновременном действии поля и света

При освещении люминофоров и одновременном воздействии на них электрического поля, яркость свечения обычно не равна сумме яркостей, получающихся при раздельном действии света или поля.

Иногда свечение называют фотоэлектролюминесценцией, если наблюдается влияние освещения на ЭЛ, и электрофотолюминесценцией, если слабое электрическое поле только изменяет яркость фотолюминесценции (ФЛ). В общем случае, однако, оба явления присутствуют одновременно, при одних и тех же напряжениях, поэтому в дальнейшем эти явления нами обозначаются одним термином «фотоэлектролюминесценция» (ФЭЛ). Явления, смежные с ЭЛ, интересны не только сами по себе, но и с точки зрения расширения сведений об условиях действия поля в кристаллах, так как они проявляются как при больших напряжениях, при которых уже наблюдается ЭЛ, так и при малых напряжениях, недостаточных для возбуждения ЭЛ.

Помимо света из области собственного или примесного поглощения, вторым возбуждающим агентом могут служить также ?-, ?-, рентгеновские или катодные лучи.

Если Вфэл -яркость свечения при одновременном действии поля и света, а Вфл и Вэл - яркость при возбуждении люминофора только светом и только полем, то добавочное свечение при двойном воз-буждении удобно характеризовать следующей величиной:

?B = Вфэл -фл + Bэл).

В общем случае ?В может быть как положительным, так и отрицательным, т. е. может наблюдаться ослабле-ние свечения или его усиление (рис. 6). При малых полях, при которых еще нет заметной ЭЛ наблюдается только тушение фотолюлминесценции, а при более высо-ких - преобладает усиление свечения, хотя тушение присутствует и при этих напряжениях. Таким образом, при достаточно больших полях общее изменение яркости ?В может состоять из двух частей, одна из которых связана с изменением ФЛ в электрическом поле, а другая - с изменением ЭЛ при освещении:

?В=?Вфл+?Вэл

При малых напряжениях V, второе слагаемое отсутствует, и благодаря тушению, ?В отрицательно. При более высоких V преобладает ?Вэл, которое в зависимости от типа образца и условий опытов может быть как положительным, так и отрицательным. В результате суммарное ?В также может иметь различные знаки. Все это приводит в общем случае к большомy разнообразию и запутанности наблюдающихся явлений.

Свойства ФЭЛ изучались как на электро-, так и фото-люминофорах различного состава и вида (порошки, моно-кристаллы, пленки)[40-42]. В частности, кривые Вфэл (V), сходные по форме с приведенными на рис. 6, были получены для пленок ZnS:Mn [43].

При включении или выключении поля наблюдаются различного рода переходные явления. Так, если люмино-фор в обычной ячейке возбуждается ультрафиолетовым светом, то включение небольшого переменного напря-жения приводит сначала к вспышке (эффект Гуддена и Поля), затем к временному значительному тушению и, далее, к постепенному уменьшению тушения до стационарного уровня. Выключение напряжения вновь может сопровождаться вспышкой с последующим отно-сительно медленным восстановлением первоначальной яр-кости ФЛ.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.