Как работает люминофор?

История

Люминесценция — нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.

Один из видов люминесценции, хемилюминесценция (свечение в результате химической реакции), наблюдался впервые в 1669 году Хеннигом Брандом, открывшим фосфор.

До ХХ века теоретические представления о сущности хемилюминесценции, сходились на том, что часть выделяющейся при химической реакции энергии не превращается в теплоту; атомы реагирующих веществ переходят при этом в возбужденное состояние, проявляющееся в свечении.

В ХХ веке Каутский и Цохер в работе над ненасыщенными соединениями кремния обнаружили, что при действии света на них происходит очень яркое явление хеми-, катодо- и фотолюминесценции (фосфоресценции и флюоресценции). Ученые обнаружили, что при охлаждении происходит усиление люминесценции, что навело их на мысль о том, что источником хемилюминесценции могут быть те же объекты, которые вызывают флюоресценцию, то есть атомы вещества, которые не принимают непосредственного участия в химической реакции, а получающие энергию для свечения от прореагировавших частиц.

В 20-х годах ХХ века по инициативе С. И. Вавилова начались исследования, направленные на создание люминесцентных ламп, новых для того времени источников света. В то же время О. В. Лосевым была обнаружена электролюминесценция, впоследствии, использующаяся в производстве светодиодов.

С начала 90-х годов помимо традиционных явлений люминесценции (газового разряда, фотолюминесценции, инжекционной и полевой электролюминесценции, низко- и высоковольтовой катодолюминесценции) началось исследование катодолюминесценции в среднем диапазоне энергий электронного пучка.

В настоящее время явление люминесценции активно используется в создании люминесцентных ламп и светодиодов, в люминофорных экранах для медицинского оборудования, в цветных экранах телевизоров и других электронных приборов, в дизайне, а также в системе безопасности и эвакуации.

С каждым годом технологии производства люминесцирующих веществ совершенствуются, что помогает создавать люминофоры с улучшенными световыми качествами.

Какие бывают светящиеся краски?

Решив своими руками сделать светящийся окрашивающий состав, надо выяснить, какие компоненты он может содержать и каким образом действует. Существует несколько видов красок, излучающих свет в темноте: люминесцентные, флуоресцентные, фосфорные, светоотражающие. Они отличаются друг от друга принципом свечения, который зависит от компонентов, входящих в их состав.

Принцип свечения люминесцентной краски

Люминесценция – это свечение вещества без выделения тепла в результате накопления им световой энергии. Люминесцентные краски светятся в отсутствие каких бы то ни было источников освещения благодаря содержанию особых компонентов – люминофоров. Эти светящиеся пигменты в светлое время суток копят свет. При этом «заряжаются» они от источников не только естественного освещения, но и искусственного. При наступлении сумерек эти вещества начинают светиться. Яркость излучаемого света зависит от их концентрации в составе красящего изделия.

Краска на основе люминофоров сохраняет способность светиться в темноте в течение всего срока эксплуатации. Этим светящимся пигментам достаточно всего пары десятков минут «подзарядки» от источника естественного или искусственного освещения, чтобы поверхность, окрашенная краской на их основе, излучала свет в течение примерно 8 часов.

Этот тип лакокрасочных материалов (ЛКМ) абсолютно безвреден для здоровья. Люминесцентные краски бывают бесцветными (полупрозрачными) и цветными. Они подходят для окрашивания:

• металлических, стеклянных, керамических поверхностей (термостойкие ЛКМ);
• тканей (содержат акриловый лак);
• растений (водоэмульсионные ЛКМ);
• дерева;
• бетона;
• пластика (полиуретаново-минеральные эмали).

Почему светится флуоресцентный состав?

Эта разновидность светящейся краски способна светиться в темноте лишь под влиянием ультрафиолетового света. Окрашенное ею покрытие поглощает попадающие на него УФ-лучи, преобразовывая их в видимое излучение с более длинными волнами. Флуоресцентная ЛКМ светится лишь при действующих источниках ультрафиолетового излучения. Когда они выключены, это обычный, вовсе не светящийся окрашивающий состав, поэтому его также называют невидимым или ультрафиолетовым.

Способность этой краски излучать свет основана на принципе флуоресценции (флюоресценции). Под этим термином понимается феномен, при котором молекула, поглощая свет определенной длины волны, испускает свет большей длины волны. Светится этот вид ЛКМ за счет входящих в его состав особых пигментов флуорофоров, способных флуоресцировать.

В качестве этих компонентов обычно используется родамин, цианин и производные аминонафталимида. Эти вещества очень дорогие, поэтому для удешевления процесса производства окрашивающего состава ими окрашивают мельчайшие полимерные частицы, которые затем добавляют к основе продукта.

От флуоресцирующих ЛКМ надо отличать фосфорные (фосфоресцентные). Из-за содержания фосфора они небезопасны для человеческого здоровья, поэтому применяются достаточно редко. Обычно их используют для наружных работ, например для окрашивания автомобиля.

Чтобы начать излучать свет, фосфорному красящему составу достаточно зарядиться от солнца. Помимо ультрафиолета, для его зарядки годятся источники галогенового и ксенонового освещения.

Как работает светоотражающая краска?

Группа светоотражающих (или световозвращающих) красок отличается от предыдущих, светящихся, типов ЛКМ, принцип свечения которых зависит от входящих в состав ингредиентов, способных светиться в темноте. С некоторой натяжкой к ним можно отнести флуоресцирующие материалы, но они способны отражать только УФ-лучи.

Способность возвращать свет краска приобретает после добавления крошечных (150–500 мкм) стеклянных шариков. Благодаря им окрашенная светоотражающей краской поверхность отражает любые световые лучи, попадающие на нее.

Опасности токсических веществ

Важно знать, что многие химические соединения, пары краски, попадая через органы дыхания в человеческий организм, приводят к состоянию гипоксии. Первым делом страдает центральная нервная система, появляются такие симптомы:

• нарушается координация движений, сложно ориентироваться в пространстве;
• возникает боязнь яркого и приглушенного света;
• теряется обоняние и вкус;
• появляются разнообразные галлюцинации;
• возникают панические атаки.

Отравление токсическими веществами вызывает следующие соматические реакции:

• головокружение;
• носовое кровотечение;
• боли в суставах;
• рвота, которая не связана с испорченными продуктами питания;
• тахикардия (учащенное биение сердца).

Чтобы не возникали приведенные выше симптомы, важно использовать подходящий респиратор во время нанесения краски или в ходе работы с химическими веществами. При возникновении одного из перечисленных симптомов, незамедлительно нужно выйти на улицу и обратиться за врачебной помощью

В некоторых случаях наблюдаются хронические отравления из-за того, что человек систематически работает с вредной химической продукцией без использования респиратора или неправильно его применяет.

Применение

Эпоксидная смола по своим свойствам признана одним из самых прочных материалов, на которые не влияет воздействие воды. Сама по себе эпоксидка прозрачна, что позволяет создавать композиции с эффектом застывших элементов.

В чистом виде эпоксидка не используется, поэтому для работы обязательным является соединение смолы с отвердителем. Главными условиями для создания поделок является соблюдение требуемых пропорций при смешивании. Такой контроль обеспечит качественный состав без липкости и мутности поверхности готового изделия.

С люминофором эпоксидную смолу можно смешать, добавив в рабочую смесь, как непосредственно белесый порошок, так и готовые светящиеся красители.

В процессе заливки и отверждения полимерных заготовок люминофор не оседает на дно, не скапливается в одной точке, но остается на том участке, где изначально был нанесен.

При добавлении светящегося пигмента часть прозрачности готового изделия теряется. Готовое украшение или же столешница не будут «как слеза», а станут немного мутноватыми. Однако, при окончательной обработке (шлифовке и полировке) готовое творение все равно получит привлекательный блеск, а свечение в темноте практически полностью искупает появившуюся мутноватость.

Увлечение любителей уникальности все новыми и новыми веяниями в творчестве отчасти определило появление люминофора в данной сфере. Учитывая, что первенство среди материалов давно принадлежит эпоксидной смоле, то и добавление люминесцентного порошка в изделия из эпоксидки все равно рано или поздно произошло бы.

После того, как выяснилось, что срок службы поделок из-за добавления люминофора не укорачивается, спрос только вырос. В данное время предметы быта и украшения из эпоксидной смолы с люминофором являются самыми востребованными и желанными, тем более, что сделать уникальную вещицу можно в домашних условиях самостоятельно. Но, как это сделать, рассказывается в других наших статьях. Так сказать, это совсем другая история.

Критерии выбора краски

При выборе отделочного материала учитывают такие факторы:

1. Размер комнаты или элемента. Если необходимо обработать небольшую площадь, то подойдет краска в баллончиках. Ее легко распылить, и она равномерно ложится на поверхность. Состав в ведрах наносят при помощи кисти или валика.
2. Сфера применения. Если нужно выбрать материал для боди-арта, то подойдет состав, безопасный для кожи: на водной основе. Для полимерных оснований применяют полиуретаново-минеральные смеси, обладающие хорошими параметрами сцепления.
3. Качество материала. При покупке нужно потребовать у продавца сертификат качества. Если документов нет, то состав может содержать токсины, высокую концентрацию фосфора (его не должно быть совсем).

Важным качеством отделочного материала является репутация производителя.

Подготовка к опыту: тара, ингредиенты и чем их можно заменить

Для создания люминофора по методу, который я сейчас буду описывать, необходимо приготовить стеклянную тару. Для этих целей вполне подойдёт обычная бутылка из стекла с закручивающейся пробкой. Сразу стоит предупредить – применять для размешивания пластиковую тару нельзя. Элементы, которые будут в ней смешиваться, достаточно активны, и могут попросту разъесть пластмассу.

Светящаяся жидкость или люминофор, будет состоять из трёх компонентов. Конечно, можно взять оригинальный состав, который я использовал в самом начале своих опытов, но не в каждом городе можно найти специализированный магазин, где продаются химические реактивы. Поэтому, несмотря на то, что на фотопримерах будут именно они, попутно я объясню, что и чем можно заменить.

Стеклянная бутылка с завинчивающейся крышкой с химическим реактивом внутри

Гидроксид калия или натрия и его аналоги

Гидроксид калия приобретался мною в химическом магазине. Стоит он очень дёшево, но вот найти сам магазин бывает довольно проблематично. Поэтому встал вопрос поиска аналогов. Проще всего оказалось найти гидроксид натрия, который известен многим как каустическая сода (не путать с пищевой). Раньше наши мамы и бабушки использовали её, чтобы откипятить нагар со старых сковородок или кастрюль. Также каустическая сода неплохо справлялась с накипью в чайнике. Однако после такой чистки, перед тем, как использовать утварь по назначению, приходилось по нескольку раз кипятить в ней воду и выливать обратно, чтобы полностью промыть посуду.

Каустическая сода используется в сельском хозяйстве, а значит, проблем с её приобретением не возникнет ФОТО: agronoma.ru

Кстати, для изготовления люминофора можно использовать и давно просроченные реактивы. На этом также можно сэкономить при приобретении. Если говорить о необходимом для опыта объёме, то каустической соды понадобится всего одна столовая ложка.

Диметилсульфоксид и его производные

Несмотря на столь «страшное» и неудобоваримое название, этот элемент продаётся в любой аптеке и стоит очень дёшево. На аптечных прилавках его можно найти по названию «Димексид». Часто это вещество используется автомобилистами для того, чтобы отмыть двигатель от застарелых масляных потёков. Конечно, запах у вещества довольно неприятный, но задачу свою оно выполняет отменно. Для создания люминофора нам понадобится один пузырёк объёмом 100 мл.

«Димексид» можно приобрести в любой аптеке, а отпускается он свободно, без рецепта

«Люминол», его аналоги, где можно приобрести

«Люминол» – это третий, и, наверное, самый дорогой из компонентов, которые нам необходимы. Если нет возможности приобрести чистый препарат, его можно заменить аптечным аналогом, называемым «Галавит». Он также продаётся свободно, без рецепта.

Важно знать ещё до начала опыта о том, что недостаточное количество «люминола», добавленное в раствор, даст слабое, но очень продолжительное свечение. Если добавлен необходимый объём, свет будет ярким, с зеленоватым или синеватым оттенком, а продолжительность свечения составит около часа

А вот избыток «люминола» приведёт к тому, что бутылку придётся постоянно встряхивать, периодически открывая при этом крышку для доступа внутрь кислорода. Без воздуха наша хитрая «лампочка» работать не будет.

Порошок «Галавит» неплохо подходит для создания люминофора, однако его потребуется в 3-4 раза больше, чем чистого «люминола» ФОТО: ckimm.com.ua Конечно, намного лучше, если удастся разыскать чистый «люминол». При этом, опять же, совершенно не имеет значения, когда закончился его срок годности. Свою задачу выполнит даже порошок, производства времён Советов. Для того, чтобы читателям было понятно, как выглядит пузырёк с этим элементом люминофора, предлагаю посмотреть на фотопример сохранившегося у меня пузырька – именно этот элемент я буду использовать сегодня.

«Люминофор», срок годности которого вышел ещё в 2012 году

Светящаяся краска из люминофора

Краска из люминофора более безопасна, так как не излучает вредных для дыхательных путей ферментов. К тому же, она не требует воздействия ультрафиолета, что делает ее использование более легким. Сам люминофор содержит в основе прозрачный лак, что и делает его безопасным для здоровья. Вещество притягивает и задерживает свет, отражая его в темное время суток. Это и позволяет создавать свечение рисунка. Сохраняется свечение достаточно долго. После двух часов сбора световой энергии, рисунок, нарисованной люминесцентного красителя отражает его в течение суток.

Как изготовить люминофор своими руками

Самостоятельно можно создать люминесцентную краску, которая самопроизвольно будет собирать, и отражать свет в темное время суток. По техническим характеристикам она будет подобна магазинному варианту, так же долго сохраняет свечение. Есть несколько рецептов, с помощью которых можно сделать светящийся раствор:

• Рецепт 1. Для него понадобится смешать один стакан теплой воды и две столовой ложки перекиси водорода. Добавьте в жидкость две чайные ложки столового уксуса и немного соли. Тщательно перемешайте раствор, лучше это сделать быстро – можно закрыть емкость плотной крышкой и потрясти.  Полученной светящейся жидкостью можно окрашивать декор или наносить на стены. Если использовать удвоенные пропорции дополнительных компонентов (кроме воды), можно усилить концентрацию и свечение.
• Рецепт 2. При наличии светящегося маркера, можно использовать его. Для этого аккуратно раскрутите его, достаньте стержень и растворите его краситель в небольшом количестве воды. После этого полученную воду можно смешать с обычным красящим пигментом для отделки.  Берите максимально мало воды, чтобы предотвратить нарушение стойкости и характеристик состава после ее разбавления.
• Рецепт 3. Возьмите две столовой ложки воды и смешайте их с тремя граммами концентрата хвои, растворив его до однородной консистенции. Щепотку борной кислоты смешайте с половиной полученной жидкости и доведите смесь до кипения. После полного остывания раствора, добавьте вторую половину концентрированной воды и повторно вскипятите.  Полученный раствор и будет играть роль люминофора, который можно смешивать с обычным красителем и использовать в качестве светящегося красителя.

Перед тем, как сделать светящуюся краску, рекомендуется защитить глаза и руки, так как некоторые компоненты могут быть вредны

Важно строго соблюдать технику безопасности и пропорции, так вы получите светящуюся жидкость достаточно быстро. Независимо от используемого варианта, полученный люминофор нужно смешивать со стандартной краской для внутренней или внешней отделки. Но учитывайте – не нужно сильно разбавлять краситель полученной жидкостью, так как можно ухудшить его качество, он станет слишком жидким и будет плохо смотреться в виде декора

Но учитывайте – не нужно сильно разбавлять краситель полученной жидкостью, так как можно ухудшить его качество, он станет слишком жидким и будет плохо смотреться в виде декора.

Флуоресцентная краска

Флуоресцентная краска состоит из прозрачного акрилового лака и порошкообразного красителя-пигмента. Ее еще называют невидимой или ультрафиолетовой, так как проявляется она только под влиянием ультрафиолета. Флуоресцентный пигмент изготовлен на основе термопластичных смол, поэтому не токсичен и полностью безопасен для человека. Подходит для покраски любых поверхностей: стеклянных, керамических, деревянных, металлических. Ее можно использовать для цветов и растений, а также на коже человека. Состав практически не впитывается в кожу и часто применяется в одном из направлений боди-арта. Единственный ее недостаток – плохо смывается.

Как использовать

Долговечность и красота покрытия зависит от технологии нанесения. Чтобы светящаяся краска не потеряла флуоресцентные свойства, учитывают тип отделки и характеристики поверхности. Существуют правила, актуальные для всех видов сырья. 

Подготовительные процедуры

Перед нанесением краски тщательно очищают окрашиваемый участок. Древесину зашкуривают, с камня снимают неровности. Если есть старая отделка (штукатурка, побелка), то механическим способом убирают остатки. При помощи скребка удаляют грязь. Губкой или тканью с мыльной водой смывают пыль, жирные пятна и мелкие частицы. В качестве раствора можно использовать стиральный порошок или соду.

После завершения процедуры поверхность моют чистой жидкостью, оставляют сохнуть. Чтобы флуоресцентная краска ложилась ровнее, участок покрывают акриловой грунтовкой. Стартовая отделка укрепляет слабосвязанные зоны, улучшает адгезию и уменьшает расход эмали.

Удаление старой краскиИсточник жкприбрежный.рф

Частицы пигмента выпадают в осадок, поэтому перед нанесением жидкое сырье хорошо размешивают. Загустевшую дисперсионную отделку можно разбавить водой (не больше 10%). Аэрозольные виды перед применением встряхивают в течение 3 минут. 

Выбор цвета

В оттеночной палитре отражающей эмали есть 8 базовых тонов. Все цвета делятся на ахроматические и хроматические. Под воздействием УФ-лучей первые превращают бесцветную гамму в насыщенную, вторые – становятся более интенсивными и яркими. 

В зависимости от характеристик начального тона цвет может измениться от нейтрального до ядовитого. Ахроматические виды превращаются в оранжевый, желтый или зеленый. Хроматический розовый под УФ-лампой станет маджентой или сиреневым. Прозрачные разновидности днем не имеют цвета, под воздействием ультрафиолета приобретают яркость. 

Основные виды

Флуоресцентные составы различаются типом основы, включением вспомогательных присадок и формой выпуска. Эти параметры влияют на сферу применения.

На акриловой основе

Водно-акриловые составы напоминают по консистенции акварель. Их часто используют для создания сложных рисунков на коже, картоне, бумаге, дереве, штукатурке и некоторых других материалах.

Акриловая основа, в которую был введен флуоресцирующий пигмент, не имеет резкого запаха и быстро сохнет. Единственный явный недостаток этого состава – низкая устойчивость к воде.

Акриловые флуоресцентные краски быстро высыхают и весьма экономичны.

Полиуретановая эмаль

Флуоресцентные полиуретановые эмали используют для внутренней и внешней отделки. Свойства материала не снижаются при изменении влажности окружающей среды, перепадах температуры и влиянии других факторов внешней среды. Полиуретановая флуоресцентная эмаль отличается высокой адгезией. Допустимо ее применение для стен, пола и потолка. Готовое покрытие прочно и устойчиво к истиранию.

Флуоресцентные чернила

Сейчас выпускаются флуоресцентные чернила для широкоформатных, лазерных и струйных принтеров. Такие составы применяют для нанесения светящихся надписей на разные поверхности.

Краски-«невидимки»

Такие краски имеют прозрачную основу. При их нанесении на поверхность в дневное время они почти незаметны. На белых поверхностях они не видны, а на темных появляется белая пленка. Выпускают «невидимую» краску красного, синего, фиолетового, зеленого цветов и т.д. Красота готового покрытия раскрывается только в ультрафиолетовых лучах.

Невидимые краски практически незаметны на светлых поверхностях в дневное время.

Фасадные

В отдельную группу выделяют флуоресцентные акриловые составы. В них высокое содержание модификаторов, поэтому они обладают повышенной устойчивостью к истиранию, влажности и перепадам температур. Состав отличается высокой адгезией к большинству оснований. Для очищения окрашенных поверхностей можно использовать сильнодействующие моющие средства.

Алкидная в аэрозольных баллончиках

В отдельную группу входят флуоресцирующие аэрозоли, содержащие в составе алкид и уретан. Форма спрея упрощает нанесение. Часто его применяют в аэрографии.

Порошок

Порошковый пигмент хорошо сочетается с эмалями, лаками разных химических составов. Его применяют, когда нужно получить состав с повышенными эксплуатационными характеристиками. Часто порошковые флуорофоры применяют для покрытия кузова автомобиля.

Порошковая флуоресцентная краска отличается от обычной добавлением специальных пигментов.

Как работает люминофор?

Основной принцип действия современной люминесцентной лампы заключается в получении УФ-излучения с помощью пробоя газового промежутка между электродами и последующего преобразования этого излучения в видимый свет с помощью эффекта люминесценции в специальных фосфорсодержащих покрытиях, так называемых люминофорах. Варьируя состав люминофора, получают разные цвета видимого участка спектра, от синего до красного. На рисунке ниже схематично представлен разрез типичной ЛЛ.

Кроме указанных компонентов каждая лампа наполняется инертным газом (обычно это Ar) для увеличения ресурса вольфрамовых электродов. Наличие ртути (Hg) в небольшом количестве резко увеличивает светоотдачу из-за роста плотности тока, вызванного повышением концентрации электронов, появляющихся в результате ионизации атомом этого металла.

Существуют версии ламп, в которых ртуть отсутствует, а УФ-излучение появляется только от ионизации атомов инертного газа. Световой поток таких светильников существенно меньше, но зато они безопасны при эксплуатации.

Принципиальная схема люминесцентной лампы

Как сделать светящуюся краску в домашних условиях?

Приготовить люминофор дома совсем несложно. Для этого необходимо приобрести хвойный концентрат, который можно купить в аптеке. Насыпаем или заливаем (если вещество в жидком состоянии) в посуду концентрат. После добавляем небольшое количество воды. Таким образом, получаем жидкий тартразин.

Тартразин является синтетическим красителем с характерным желтым цветом. Он относится к пищевым.

Затем всю получившуюся массу тщательно перемешиваем до однородности. Посуду со смесью ставим на огонь и нагреваем ее. При нагревании образуются воздушные пузырьки, которые нужно прокалывать острым предметом. Следующим шагом охлаждаем смесь, опять вливаем тартразин и разогреваем. После завершения процедуры, получается однородное вещество желтого колера.

Для проверки результата полученную массу нужно осветить яркой фотовспышкой. Если все сделано правильно будет заметно свечение. Полученное вещество люминофора можно растолочь в порошок, размельчив его. Подробнее можно ознакомиться с процессом в тематическом видео.

Рецепт улучшенного люминофора:

Флуоресцентная краска своими руками

Флуоресцентная краска в народе называется ультрафиолетовой. Основным различием с люминесцентной является то, что она не излучает свет в темноте. Проявить ее свойство можно только с помощью неонового ультрафиолета, а в светлое время суток нанесенный ею рисунок ничем не отличается от обыкновенного.

Среди огромной гаммы цветов ультрафиолетовой краски можно выделить наиболее популярные, такие, как красный, желтый, розовый и зеленый, их распространенность объясняется тем, что даже при слабом свете они проявляют свой эффект.

Флуоресцентная краска наносится на какую угодно основу: металлические изделия, деревянные, керамические. Также можно обрабатывать живые цветы и даже использовать для рисунков на теле. Некоторые дизайнеры применяют этот диковинный материал при ландшафтных работах.

Также стоит отметить тот факт, что светящийся флуоресцентный краситель применяют в изготовлении обоев. При помощи такой технологи можно преобразить детскую комнату. При дневном свете обои служат обычным покрытием с разными тематическими рисунками, а когда включается неоновая подсветка, их объемность удивляет даже взрослых.

Наклеиваются они на плоскую поверхность, так же как и обычные обои. Но стоит предупредить, что нужный эффект достигается только с помощью ультрафиолетовых ламп и неонового освещения.

Есть самый простой способ изготовления флуоресцентной краски. Для ее получения понадобится несколько компонентов: бесцветный акриловый лак и флуоресцентный порошок. Но не стопроцентный флуорофор, который стоит очень прилично, а его пигмент с полимерной основой. Купить его можно в специальном магазине или на просторах интернета.

Для обретения необходимого состава приобретенный пигмент насыпают в основу акрила и скрупулезно размешивают. Если в эмульсию добавляете пигмент нужного цвета его тоже нужно хорошо перемешать.

Вам также может быть интересно: