หลอดแก้วในหลอดฟลูออเรสเซนต์แบบธรรมดาถูกเคลือบด้านในด้วยชั้นสารเรืองแสงและบรรจุด้วยสารที่ปล่อยออกมาซึ่งโดยปกติจะเป็นปรอท อิเลคตรอนกระตุ้นอะตอมของปรอทจากสถานะพื้นไปสู่สถานะกระตุ้นที่มีอายุสั้น แสงอัลตราไวโอเลตถูกปล่อยออกมาเมื่ออะตอมกลับสู่สถานะพื้น และสิ่งนี้จะถูกดูดซับโดยสารเรืองแสงสีแดง เขียว และน้ำเงิน สถานะของสารเรืองแสงที่ตื่นเต้นจะปล่อยแสงสีขาว
ที่ปกติ
เกี่ยวข้องกับแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ในเวลาต่อมา สารเรืองแสงที่ใช้บ่อยที่สุดประกอบด้วยศูนย์กลางเรืองแสง ซึ่งมักเป็นแลนทาไนด์และ/หรือไอออนของโลหะทรานซิชัน ซึ่งรวมอยู่ในโครงตาข่ายอนินทรีย์ออกไซด์หรือเฮไลด์ที่เป็นฉนวน อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบหลักที่เกี่ยวข้อง
กับหลอดฟลูออเรสเซนต์คือการพึ่งพาสารปรอทเป็นวัสดุระบาย สารปรอทเป็นพิษ ทำให้การกำจัดหลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นอันตราย นอกจากนี้ ปรอทที่เป็นของเหลวจะต้องระเหยออกไปทุกครั้งที่เปิดสวิตช์เครื่อง ระยะเวลาอุ่นเครื่องนี้ป้องกันการใช้ไฟฟลูออเรสเซนต์ในการใช้งานที่ต้องการการตอบสนอง
อย่างรวดเร็ว เช่น เครื่องโทรสารและเครื่องถ่ายเอกสาร ข้อจำกัดเหล่านี้กระตุ้นให้เกิดการค้นหาวัสดุปล่อยใหม่ที่ไม่เป็นพิษซึ่งมีเวลาอุ่นเครื่องสั้นหรือไม่มีเลย ในบรรดาทางเลือกที่ยอมรับได้นอกเหนือจากสารปรอท ก๊าซซีนอนเป็นก๊าซที่มีแนวโน้มดีที่สุดในขณะนี้ เนื่องจากมีประสิทธิภาพมาก
ในการผลิตแสงอัลตราไวโอเลต มีการตอบสนองในทันทีและปลอดภัย อย่างไรก็ตาม ในการสร้างหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ปราศจากสารปรอทโดยใช้ซีนอนนั้น จะต้องมีการพัฒนาวัสดุเรืองแสงชนิดใหม่ หลอดฟลูออเรสเซนต์ในปัจจุบันมีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากมีการวิจัยจำนวนมากที่มุ่งระบุวัสดุฟอสเฟอร์
ที่สามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตที่ปล่อยออกมาจากปรอทได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากประมาณ 85% ของแสงอัลตราไวโอเลตที่ผลิตโดยปรอทมีความยาวคลื่น 254 นาโนเมตร สารเรืองแสงส่วนใหญ่ที่ได้รับการพัฒนาจะดูดซับได้อย่างมากที่ความยาวคลื่นนี้ ในทางตรงกันข้าม แสงอัลตราไวโอเลต
ส่วนใหญ่
ที่ปล่อยออกมาจากซีนอนเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่น 172 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานที่สูงกว่าที่เกี่ยวข้องกับปรอท ด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องใช้สารเรืองแสงชนิดใหม่ที่สามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลต 172 นาโนเมตรได้อย่างมีประสิทธิภาพ และแปลงเป็นความยาวคลื่นสีแดง เขียว
และน้ำเงิน ค่อนข้างง่ายที่จะหาวัสดุ เช่น ธาตุแลนทาไนด์ ซึ่งดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตจากซีนอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ความท้าทายที่แท้จริงในการทำงานกับซีนอนเป็นสื่อในการปลดปล่อยคือการหาสารเรืองแสงที่แปลงเอาต์พุตรังสีอัลตราไวโอเลตของซีนอนให้เป็นแสงที่มองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อควรพิจารณาทั่วไปสองประการควบคุมประสิทธิภาพการแปลงสารเรืองแสง: ประสิทธิภาพควอนตัมและพลังงานที่ไม่ตรงกัน ประสิทธิภาพเชิงควอนตัมวัดจำนวนโฟตอนที่มองเห็นได้ที่ผลิตโดยสารเรืองแสงสำหรับทุกโฟตอนรังสีอัลตราไวโอเลตที่ดูดกลืน ประสิทธิภาพเชิงควอนตัมสูงหมายความว่า
เมื่อสารเรืองแสงตื่นเต้นกับสถานะเปล่งแสง มันจะกลับสู่สถานะพื้นโดยการเปล่งแสงเป็นหลัก ประสิทธิภาพจะลดลงหากสถานะที่ถูกกระตุ้นจะสลายตัวแบบไม่แผ่รังสีโดยการกระจายความร้อนผ่านการปล่อยโฟนอน สารเรืองแสงที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถออกแบบได้โดยการเปลี่ยนจุดศูนย์กลาง
การเรืองแสง
และองค์ประกอบทางเคมีของโครงตาข่ายโฮสต์ ประสิทธิภาพควอนตัมเกือบ 100% ได้รับการสังเกตในหลายระบบ พลังงานไม่ตรงกันหมายถึงความแตกต่างของพลังงานระหว่างโฟตอนที่ถูกดูดซับและปล่อยออกมาจากสารเรืองแสง เนื่องจากโฟตอนสีแดง เขียว และน้ำเงินมีพลังน้อยกว่า
โฟตอนอัลตราไวโอเลตมาก พลังงานที่ไม่ตรงกันจำนวนมากเกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงส่วนใหญ่ ในวัสดุเรืองแสงทั้งหมดที่รู้จักกันจนถึงขณะนี้ พลังงานที่ไม่ตรงกันนี้นำไปสู่การสลายตัวแบบไม่แผ่รังสีของใจกลางเรืองแสง พลังงานที่ไม่ตรงกันจึงเป็นการใช้พลังงานกระตุ้นไฟฟ้าในหลอดฟลูออเรสเซนต์
อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้และไม่มีประสิทธิภาพ ความไร้ประสิทธิภาพเนื่องจากพลังงานไม่ตรงกันนั้นรุนแรงมากสำหรับซีนอนมากกว่าปรอท เนื่องจากซีนอนมีพลังงานเอาท์พุตรังสีอัลตราไวโอเลตสูงกว่ามาก (7.2 eV เทียบกับ 4.9 eV) ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับไอออนของแกโดลิเนียมที่ดูดซับแสงอัลตราไวโอเลต
ส่งผลให้เกิดสภาวะตื่นเต้นสูง ถัดไปแกโดลิเนียมไอออนที่ถูกกระตุ้นจะถ่ายโอนพลังงานไปยังยูโรเพียมไอออน สิ่งนี้กระตุ้นไอออนของยูโรเพียมให้อยู่ในสถานะที่สูงขึ้น ซึ่งต่อมาจะปล่อยโฟตอนที่มองเห็นได้ ในระหว่างการถ่ายโอนพลังงาน ไอออนของแกโดลิเนียมจะสลายตัวจากสถานะกระตุ้นดั้งเดิม
ไปสู่สถานะกระตุ้นพลังงานที่ต่ำกว่า สถานะที่ถูกกระตุ้นนี้ยังคงมีพลังงานสูงกว่าโฟตอนสีแดง สีเขียว หรือสีน้ำเงิน และไอออนของแกโดลิเนียมยังคงสลายตัวผ่านกระบวนการถ่ายโอนพลังงานครั้งที่สอง กระบวนการถ่ายเทพลังงานนี้ทำให้แกโดลิเนียมไอออนกลับคืนสู่สถานะพื้น
และกระตุ้นยูโรเพียมไอออนตัวที่สองให้อยู่ในสถานะพลังงานสูงซึ่งจะสลายตัวแบบไม่แผ่รังสีไปสู่สถานะพลังงานต่ำ ซึ่งจะปล่อยโฟตอนที่สองที่มองเห็นได้ออกมา4 :Eu 3+มีประสิทธิภาพควอนตัม 190% ซึ่งเป็นสถิติใหม่สำหรับแสงที่มองเห็นได้ นักวิจัยของ Utrecht ได้ค้นพบเป็นครั้งแรกว่าสามารถรับโฟตอน
ที่มองเห็นได้ 2 โฟตอนจากโฟตอนรังสีอัลตราไวโอเลต 1 โฟตอน พวกเขาใช้คำว่า “การตัดควอนตัม” หรือ “การแปลงลง” เพื่ออธิบายผลกระทบที่ค้นพบ กระบวนการนี้แสดงให้เห็นว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่อาศัยการปลดปล่อยซีนอนมีศักยภาพในการแข่งขันกับหลอดไฟที่ใช้ปรอทในปัจจุบัน
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
