stringtranslate.com

Триболюминесценция

Триболюминесценция L -салицилата никотина

Триболюминесценция — это явление, при котором свет генерируется при механическом разрыве, разрыве, царапинах, измельчении или трении материала (см. Трибология ). Это явление до конца не изучено, но, по-видимому, в большинстве случаев вызвано разделением и воссоединением статических электрических зарядов , см. также трибоэлектрический эффект . Термин происходит от греческого τρίβειν («тереть»; см. трибологию ) и латинского lumen (свет). Триболюминесценцию можно наблюдать при разломе кристаллов сахара и отслаивании липкой ленты.

Триболюминесценция часто является синонимом фрактолюминесценции (термин, который в основном используется только для обозначения света, излучаемого разбитыми кристаллами). Триболюминесценция отличается от пьезолюминесценции тем, что пьезолюминесцентный материал излучает свет при деформации, а не при разрушении. Это примеры механолюминесценции — свечения , возникающего в результате любого механического воздействия на твердое тело .

История

Церемониальная погремушка Uncompahgre Ute Buffalo из сыромятной кожи, наполненная кристаллами кварца. Вспышки света видны, когда кристаллы кварца подвергаются механическому воздействию в темноте.

Кварцевые погремушки коренного народа Ункомпагре-юте

Коренные жители Ункомпагре -юте из Центрального Колорадо — одна из первых задокументированных групп людей в мире, которым приписывают применение механолюминесценции , включающей использование кристаллов кварца для генерации света. [1] [2] Юты построили уникальные церемониальные погремушки из сыромятной кожи буйвола, которые они наполнили прозрачными кристаллами кварца, собранными в горах Колорадо и Юты. Когда погремушки трясли ночью во время церемоний, трение и механическое напряжение кристаллов кварца, сталкивающихся друг с другом, вызывали вспышки света, видимые сквозь полупрозрачную шкуру буйвола.

Ранние научные отчеты

Первое зарегистрированное наблюдение приписывается английскому ученому Фрэнсису Бэкону, когда он записал в своей книге Novum Organum 1620 года : «Хорошо известно, что весь сахар , засахаренный или простой, если он твердый, будет искриться, если его разбить или поцарапать в темноте». [3] Ученый Роберт Бойль также сообщил о некоторых своих работах по триболюминесценции в 1663 году. [4] В 1675 году астроном Жан-Феликс Пикард заметил, что его барометр светился в темноте, когда он нес его. Его барометр представлял собой стеклянную трубку, частично заполненную ртутью. Пустое пространство над ртутью светилось всякий раз, когда ртуть скользила по стеклянной трубке. [5]

В конце 1790-х годов при производстве сахара стало производиться больше кристаллов рафинированного сахара. Эти кристаллы были сформированы в большой твердый конус для транспортировки и продажи. Этот твердый сахарный рожок нужно было разбить на пригодные для использования куски с помощью устройства для зажима сахара . Люди начали замечать крошечные вспышки света, когда сахар «откусывался» при слабом освещении, что является установленным примером триболюминесценции. [6]

Механизм действия

Остается несколько неясностей относительно эффекта. Современная теория триболюминесценции, основанная на кристаллографических, спектроскопических и других экспериментальных данных, заключается в том, что при разрушении асимметричных материалов заряд разделяется. Когда заряды рекомбинируются, электрический разряд ионизирует окружающий воздух, вызывая вспышку света. Дальнейшие исследования показывают, что кристаллы, демонстрирующие триболюминесценцию, часто лишены симметрии и являются плохими проводниками. [7] Однако есть вещества, которые нарушают это правило и не обладают асимметрией, но проявляют триболюминесценцию, например йодид гексакис(антипирин)тербия. [8] Считается, что эти материалы содержат примеси, которые делают вещество локально асимметричным. Дополнительную информацию о некоторых возможных процессах можно найти на странице, посвященной трибоэлектрическому эффекту.

Считается, что биологический феномен триболюминесценции контролируется рекомбинацией свободных радикалов во время механической активации. [9]

Примеры

В обычных материалах

Триболюминесценция в кварце

Некоторые предметы домашнего обихода и вещества демонстрируют это свойство:

Алмаз может начать светиться, если его потереть ; это иногда случается с бриллиантами во время шлифовки грани или распиливания алмаза в процессе огранки . Бриллианты могут светиться синим или красным светом. Некоторые другие минералы, такие как кварц , являются триболюминесцентными и излучают свет при трении друг о друга. [19]

Триболюминесценция как биологическое явление наблюдается при механической деформации и контактной электризации поверхности эпидермиса костных и мягких тканей, при пережевывании пищи, при трении в суставах позвонков, при половом акте, при кровообращении . [20] [21]

Гидроабразивная резка керамики (например, плитки ) создает желто-оранжевое свечение в месте воздействия очень высокоскоростного потока.

Химические вещества, отличающиеся триболюминесценцией.

Фрактолюминесценция

Фрактолюминесценцию часто используют как синоним триболюминесценции. [27] Это излучение света от трещины (а не от трения) кристалла , но разрушение часто происходит при трении. В зависимости от атомного и молекулярного состава кристалла, когда кристалл разрушается, может произойти разделение зарядов, в результате чего одна сторона расколотого кристалла становится положительно заряженной , а другая сторона - отрицательно. Как и в триболюминесценции, если разделение зарядов приводит к достаточно большому электрическому потенциалу , может произойти разряд через зазор и через газовую ванну между границами раздела. Потенциал, при котором это происходит, зависит от диэлектрических свойств газа ванны. [28]

Распространение ЭМИ при гидроразрыве

Изучено излучение электромагнитного излучения (ЭМИ) при пластическом деформировании и распространении трещин в металлах и горных породах. Эмиссия ЭМИ от металлов и сплавов также была исследована и подтверждена. Молоцкий представил дислокационный механизм этого типа излучения ЭМИ. [29] В 2005 году Шрилакшми и Мисра сообщили о дополнительном явлении вторичного ЭМИ во время пластической деформации и распространения трещин в металлах и сплавах без покрытия и с металлическим покрытием. [30]

ЭМИ во время микропластической деформации и распространения трещин в некоторых металлах и сплавах, а также генерация переходного магнитного поля во время образования шейки в ферромагнитных металлах были описаны Мисрой (1973–75), которые были подтверждены и исследованы несколькими исследователями. [31] Тудик и Валуев (1980) смогли измерить частоту ЭМИ при разрушении железа и алюминия при растяжении в районе 100 ТГц с помощью фотоумножителей . Шрилакшми и Мисра (2005a) также сообщили о дополнительном явлении вторичного электромагнитного излучения в металлах и сплавах без покрытия и с металлическим покрытием. Если твердый материал подвергается напряжениям большой амплитуды, которые могут вызвать пластическую деформацию и разрушение, возникают такие излучения, как тепловая, акустическая, ионная и экзоэмиссия.

ЭМИ, вызванное деформацией

Изучение деформации имеет важное значение для разработки новых материалов. Деформация металлов зависит от температуры, типа приложенного напряжения, скорости деформации, окисления и коррозии. ЭМИ, вызванное деформацией, можно разделить на три категории: эффекты в ионно-кристаллических материалах, эффекты в горных породах и гранитах и ​​эффекты в металлах и сплавах. Эмиссия ЭМИ зависит от ориентации зерен в отдельных кристаллах, поскольку свойства материала в разных направлениях различны. [32] Амплитуда импульса ЭМИ увеличивается по мере роста трещины по мере разрыва новых атомных связей, что приводит к ЭМИ. Пульс начинает затухать, когда растрескивание прекращается. [33] Наблюдения в ходе экспериментов показали, что излучаемые сигналы ЭМИ содержат компоненты смешанной частоты.

Методы испытаний для измерения ЭМИ

Наиболее широко используемый метод испытаний на растяжение используется для характеристики механических свойств материалов. Из любой полной записи испытаний на растяжение можно получить важную информацию об упругих свойствах материала, характере и степени пластической деформации, текучести, пределе прочности и ударной вязкости. Информация, полученная в результате одного испытания, оправдывает широкое использование испытаний на растяжение в исследованиях конструкционных материалов. Поэтому исследования излучений ЭМИ в основном основаны на испытаниях образцов на растяжение. Из экспериментов можно показать, что образование трещин растяжения возбуждает более интенсивное ЭМИ, чем трещинообразование сдвига, увеличение упругости, прочности и скорости нагружения при одноосном нагружении увеличивает амплитуду. Коэффициент Пуассона является ключевым параметром для определения характеристик ЭМИ при трехосном сжатии. [34] Если коэффициент Пуассона ниже, материалу труднее деформироваться в поперечном направлении и, следовательно, увеличивается вероятность новых трещин.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Большой взрыв BBC о триболюминесценции" . Архивировано из оригинала 21 декабря 2019 г. Проверено 25 декабря 2019 г.
  2. ^ Доусон, Тимоти (2010). «Изменение цветов: сейчас вы их видите, теперь нет». Технология окраски . 126 (4): 177–188. дои : 10.1111/j.1478-4408.2010.00247.x.
  3. ^ Бэкон, Фрэнсис. Novum Organum. Архивировано 3 мая 2006 г. в Wayback Machine.
  4. ^ Бойль, Роберт (1663). КОПИЯ ПИСЬМА, которое мистер Бойль написал сэру Роберту Моррею в сопровождении «Наблюдений, касающихся сияющего алмаза». стр. 391–411. {{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь )
  5. ^ (Персонал) (1676). «Experience faire à l'Observatoire sur la Barometre simple touchant un nouveau Phenomene qu'on ya découvert» [Эксперимент, проведенный в [Парижской] обсерватории на простом барометре относительно нового явления, которое там было обнаружено]. Journal des Sçavans (парижское издание) (на французском языке): 112–113.
  6. ^ Уик, Фрэнсис Г. (1940). «Триболюминесценция сахара». ДЖОСА . 30 (7): 302–306. дои : 10.1364/JOSA.30.000302.
  7. ^ Фонтено, RS; Бхат, КН; Холлерман, Вашингтон; Аггарвал, доктор медицины; Нгуен, К.М. (2012). «Сравнение выхода триболюминесценции и времени затухания дибензоилметида европия триэтиламмония, синтезированного с использованием различных растворителей». CrystEngComm . 14 (4). Королевское химическое общество (RSC): 1382–1386. дои : 10.1039/c2ce06277a. ISSN  1466-8033.
  8. ^ В. Клегг, Г. Бурхилл и И. Сейдж (апрель 2002 г.). «Трийодид гексакис (антипирин-O) тербия (III) при 160 К: подтверждение центросимметричной структуры блестящего триболюминесцентного комплекса». Acta Crystallographica Раздел E. 58 (4): м159–м161. дои : 10.1107/S1600536802005093 .
  9. ^ Орел, В.Е.; Алексеев С.Б.; Гриневич, Ю.А. (1992), «Механолюминесценция: анализ лимфоцитов при неоплазиях», Биолюминесценция и хемилюминесценция , 7 (4): 239–244, doi : 10.1002/bio.1170070403, PMID  1442175
  10. ↑ Сандерсон, Кэтрин (22 октября 2008 г.). «Клейкая лента генерирует рентгеновские лучи». Природа : новости.2008.1185. дои : 10.1038/news.2008.1185.
  11. ^ Карасев, В.В.; Кротова Н.А.; Дерягин, Борис Владимирович (1953). Исследование электронной эмиссии при снятии слоя высокополимера со стекла в вакууме . ОСЛК  1037003456.
  12. ^ Камара, CG; Эскобар, СП; Херд, младший; Путтерман, С.Дж. (2008). «Корреляция между наносекундными рентгеновскими вспышками и прерывистым трением в отслаивающейся ленте». Природа . 455 (7216): 1089–1092. Бибкод : 2008Natur.455.1089C. дои : 10.1038/nature07378. S2CID  4372536.
  13. ^ Чанг, Кеннет (23 октября 2008 г.). «Скотч раскрывает силу рентгеновских лучей». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 30 сентября 2017 г. Проверено 25 февраля 2017 г.
  14. ^ Кэтрин Бурзак (23 октября 2008 г.). «Рентгеновские снимки, сделанные скотчем». Обзор технологий . Архивировано из оригинала 14 мая 2012 г. Проверено 9 октября 2012 г.
  15. ^ Кришна, Дж.Н.; Чоудхури, С.К.Рой; Бисвас, А. (2014). «Рентгеновское излучение при трении металлов» (PDF) . Трибология в промышленности . 36 (3): 229–235. ПроКвест  2555415391.
  16. ↑ Александр, Эндрю Дж. (5 сентября 2012 г.). «Механизм межфазного ионного переноса, обеспечивающий интенсивную люминесценцию, наблюдаемую при открытии самозапечатывающихся конвертов» (PDF) . Ленгмюр . 28 (37). Американское химическое общество (ACS): 13294–13299. дои : 10.1021/la302689y. hdl : 20.500.11820/78782d2a-b87f-4fda-813c-6a282d1fd9c6 . ISSN  0743-7463. PMID  22924818. S2CID  32480331.
  17. ^ «Триболюминесценция». Архивировано из оригинала 20 октября 2009 г.
  18. ^ «Триболюминесценция». Sciencenews.org. 17 мая 1997 г. Архивировано из оригинала 26 июня 1997 г. Проверено 9 октября 2012 г.
  19. ^ «Преследование камней в Арканзасе: эксперименты с кварцем». Rockhoundingar.com. Архивировано из оригинала 24 апреля 2012 г. Проверено 9 октября 2012 г.
  20. ^ Орел, ВЕ (1989). Триболюминесценция как биологическое явление и методы ее исследования . Биологическая люминесценция: материалы первой международной школы, Замок Ксёнж, Вроцлав, Польша, 20-23 июня 1989 г. Сингапур: World Scientific. стр. 131–147. дои : 10.13140/RG.2.1.2298.5443. ISBN 9789810204051.
  21. ^ Орел, Валерий Э.; Алексеев Сергей Б.; Гриневич Юрий А. (октябрь 1992 г.). «Механолюминесценция: анализ лимфоцитов при неоплазии». Журнал биолюминесценции и хемилюминесценции . 7 (4): 239–244. дои : 10.1002/bio.1170070403. ПМИД  1442175.
  22. ^ Больно, ЧР; Макэвой, Н.; Бьорклунд, С.; Филипеску, Н. (октябрь 1966 г.). «Высокоинтенсивная триболюминесценция в тетракис (дибензоилметид)-триэтиламмонии европия». Природа . 212 (5058): 179–180. Бибкод : 1966Natur.212R.179H. дои : 10.1038/212179b0. S2CID  4165699.
  23. ^ Фонтено, Росс; Бхат, Камала; Холлерман, Уильям А; Аггарвал, Мохан (1 сентября 2016 г.). «Европий тетракис дибензоилметид триэтиламмоний: синтез, добавки и обзор применения». Тезисы совещаний ECS . MA2016-02 (42): 3158. doi :10.1149/ma2016-02/42/3158.
  24. ^ «Создание синих кристаллов Smash-Glow (демонстрация триболюминесценции)» . YouTube .
  25. ^ Маркетти, Фабио; Ди Никола, Коррадо; Петтинари, Риккардо; Тимохин Иван; Петтинари, Клаудио (10 апреля 2012 г.). «Синтез фотолюминесцентного и триболюминесцентного соединения меди (I): эксперимент для лаборатории передовой неорганической химии». Журнал химического образования . 89 (5): 652–655. Бибкод :2012ЖЧЭд..89..652М. дои : 10.1021/ed2001494.
  26. ^ Эриксон Дж. (октябрь 1972 г.). «N-ацетилантраниловая кислота. Высокотриболюминесцентный материал». J Chem Educ . 49 (10): 688. Бибкод : 1972JChEd..49..688E. дои : 10.1021/ed049p688.
  27. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Триболюминесценция». дои :10.1351/goldbook.T06499
  28. ^ Примечание. Это явление можно продемонстрировать, вынув лед из морозильной камеры в затемненной комнате, где лед издает трескающиеся звуки из-за внезапного теплового расширения. Если окружающий свет достаточно тусклый, можно наблюдать вспышки белого света от раскалывающегося льда.
  29. ^ Чаухан, VS1 (2008), «Влияние скорости деформации и повышенной температуры на излучение электромагнитного излучения во время пластической деформации и распространения трещин в титановых листах ASTM B 265 класса 2», Journal of Materials Science , 43 (16): 5634–5643, Бибкод : 2008JMatS..43.5634C, номер документа : 10.1007/s10853-008-2590-5, S2CID  137105959{{citation}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  30. ^ Шрилакшми, Б.; Мисра, А. (8 сентября 2005 г.). «Вторичное электромагнитное излучение при пластической деформации и распространении трещин в углеродистой стали без покрытия и с луженым покрытием». Журнал материаловедения . 40 (23). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 6079–6086. дои : 10.1007/s10853-005-1293-4. ISSN  0022-2461. S2CID  135922668.
  31. ^ Чаухан, Вишал С.; Мисра, Ашок (1 июля 2010 г.). «Электромагнитное излучение при пластической деформации в условиях неограниченного квазистатического сжатия в металлах и сплавах». Международный журнал исследования материалов . 101 (7). Вальтер де Грюйтер ГмбХ: 857–864. дои : 10.3139/146.110355. ISSN  2195-8556. S2CID  138866328.
  32. ^ КУМАР, Раджив (2006), «Влияние параметров обработки на излучение электромагнитного излучения во время пластической деформации и распространения трещин в медно-цинковых сплавах», Журнал науки Чжэцзянского университета A , 7 (1): 1800–1809, doi : 10.1631 /jzus.2006.a1800, S2CID  122149160
  33. ^ Фрид, В; Рабинович, А; Бахат, Д. (7 июля 2003 г.). «Электромагнитное излучение, вызванное переломом». Журнал физики D: Прикладная физика . 36 (13): 1620–1628. Бибкод : 2003JPhD...36.1620F. дои : 10.1088/0022-3727/36/13/330. S2CID  250758753.
  34. ^ Фрид, В. (2000), «Метод электромагнитного излучения для контроля водного напора в пластах, подверженных горным ударам», Журнал прикладной геофизики , 43 (1): 5–13, Бибкод : 2000JAG....43.... 5F, дои : 10.1016/S0926-9851(99)00029-4

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с триболюминесценцией .