Светонакопительный материал продолжает светиться после выключения лампы не потому, что хранит внутри «готовый свет». Падающие фотоны переводят электроны в возбуждённые состояния, часть носителей заряда задерживается в дефектах кристалла, а затем постепенно возвращается назад с излучением новых фотонов.
Из чего состоит современный люминофор
Для длительного послесвечения часто используют алюминат стронция с небольшими добавками редкоземельных элементов. Ионы европия создают центры люминесценции, а состав кристалла и дополнительные примеси влияют на распределение ловушек.
Слово «дефект» здесь не означает брак. В кристалле специально создают отклонения от идеального порядка: вакансии, замещения атомов и локальные искажения решётки. Они формируют энергетические состояния, в которых носитель заряда может задержаться.
Что происходит при зарядке светом
Фотон с подходящей энергией поглощается материалом и возбуждает электрон. Часть возбуждений быстро возвращается в исходное состояние — это даёт свечение во время освещения. Другая часть попадает в метастабильные состояния или разделяется на носители заряда, захваченные ловушками.
Свет с более короткой длиной волны обычно заряжает материал эффективнее, потому что его фотоны несут больше энергии. Но важен спектр поглощения конкретного пигмента: яркая лампа, свет которой почти не поглощается, может работать хуже менее мощного, но подходящего источника.
Почему свечение продолжается в темноте
При комнатной температуре тепловые колебания решётки помогают части носителей выбраться из ловушек. После освобождения они рекомбинируют на центрах свечения, и энергия уходит в виде видимого фотона. Неглубокие ловушки опустошаются быстро и дают яркое начало; глубокие удерживают заряд дольше, но освобождают его реже.
Поэтому послесвечение не имеет одного точного времени окончания. Оно быстро слабеет в первые минуты, а затем затухает медленнее. Глаз адаптируется к темноте, из-за чего слабое свечение может оставаться заметным намного дольше, чем оно выглядело бы рядом с освещённым экраном.
Роль температуры
Обычное нагревание не следует считать способом «зарядить» фотолюминесцентный пигмент. Умеренное повышение температуры может ускорить освобождение уже захваченных носителей: свечение на короткое время станет ярче, но запас истощится быстрее. Слишком сильный нагрев способен повредить связующее краски или сам материал.
Этот эффект лежит в основе термолюминесценции, когда заранее облучённый образец нагревают и измеряют возникающее свечение. Энергия света была запасена раньше, а тепло помогает ей высвободиться.
От чего зависит результат
- от спектра и интенсивности источника зарядки;
- от количества и размера частиц пигмента;
- от прозрачности связующего и толщины слоя;
- от температуры, влажности и состояния поверхности;
- от времени, прошедшего после выключения света.
Светонакопительный материал — это не аккумулятор в электрическом смысле. Он сохраняет небольшую часть энергии возбуждения в системе электронных состояний и дефектов, а затем отдаёт её постепенно. Именно распределение ловушек превращает короткую зарядку в долгое послесвечение.