Жарық шығару құбылысы: триболюминесценция – материалды механикалық әрекетке (ұстау, жырту, сығу) түсіргенде пайда болады. Себебі – электр зарядының бөлінуі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Механикалық түрде жарық шығару
Mechanical generation of light
Триболюминесценция – материалды механикалық күшпен бөлу, жырту, сызып тастау, ұсақтау немесе сүрту кезінде пайда болатын жарық құбылысы (трибологияны қараңыз). Бұл құбылыс толыққанды түсіндірілмеген, бірақ көп жағдайда статикалық электр зарядтарының ажырауы мен қайта бірігуінен туындайды, сондай-ақ трибоэлектрлік эффектіге де қараңыз. Термин грек тіліндегі τρίβειν ("сүрту"; трибологияны қараңыз) және латын тіліндегі lumen ("жарық") сөздерінен алынған. Триболюминесценцияны қант кристалдарын сындырғанда немесе жабысқақ лентаны жұлып алғанда байқауға болады. Триболюминесценция көбінесе фрактолюминесценциямен бірдей мағынаны білдіреді (бұл термин көбінесе жарық кристалдардан шығатын жарыққа қатысты қолданылады). Триболюминесценция пиезолюминесценциядан өзгеше, себебі пиезолюминесцентті материал сынғаннан гөрі деформацияланғанда жарық шығарады. Бұл механолюминесценцияның мысалдары, яғни қатты денеге кез келген механикалық әсердің нәтижесінде пайда болатын люминесценция.
Triboluminescence is a phenomenon in which light is generated when a material is mechanically pulled apart, ripped, scratched, crushed, or rubbed (see tribology). The phenomenon is not fully understood but appears in most cases to be caused by the separation and reunification of static electric charges, see also triboelectric effect. The term comes from the Greek τρίβειν ("to rub"; see tribology) and the Latin lumen (light). Triboluminescence can be observed when breaking sugar crystals and peeling adhesive tapes. Triboluminescence is often a synonym for fractoluminescence (a term mainly used when referring only to light emitted from fractured crystals). Triboluminescence differs from piezoluminescence in that a piezoluminescent material emits light when deformed, as opposed to broken. These are examples of mechanoluminescence, which is luminescence resulting from any mechanical action on a solid.
Uncompahgre Ute жергілікті халқының кварцты сыңғырлауыштары
Орталық Колорадодағы Uncompahgre Ute жергілікті халқы – кварц кристалдарын пайдаланып жарық тудыратын механолюминесценцияны қолданған әлемдегі ең алғашқы жазбаға түскен адамдар тобының бірі. Утелер бұқаның шикі терісінен ерекше салтанатты шағырларды жасады және оларды Колорадо мен Юта тауларынан жиналған таза кварц кристалдарымен толтырды. Рәсімдер кезінде түнде шағырларды шайқағанда, кварц кристалдарының үйкелісі мен механикалық кернеуі бір-біріне соққанда, мөлдір бұқа терісі арқылы көрінетін жарық шоқтары пайда болатын.
The Uncompahgre Ute indigenous people from Central Colorado are one of the first documented groups of people in the world credited with the application of mechanoluminescence involving the use of quartz crystals to generate light. The Ute constructed unique ceremonial rattles made from buffalo rawhide which they filled with clear quartz crystals collected from the mountains of Colorado and Utah. When the rattles were shaken at night during ceremonies, the friction and mechanical stress of the quartz crystals impacting together produced flashes of light visible through the translucent buffalo hide.
Алғашқы ғылыми баяндамалар
Алғашқы жазбадағы байқау ағылшын ғалымы Фрэнсис Бэконға еске түсіріледі, ол 1620 жылы жарияланған Novum Organum еңбегінде: "Барлық қант, қантталған немесе қарапайым болсын, егер қатты болса, қараңғыда сындырылғанда немесе қырғызғанда жарқырайтыны белгілі", - деп жазған. Ғалым Роберт Бойль 1663 жылы триболюминесценция бойынша жасаған жұмыстарының бір бөлігін де баяндаған. 1675 жылы астроном Жан Феликс Пикард барометрін алып бара жатқанда, оның қараңғыда жарқырағанын байқаған. Оның барометрі сынаппен жартылай толтырылған шыны түтікшеден тұрды. Сынаптың шыны түтікшеден төмен сырғуымен жоғарыдағы бос кеңістік жарқырайтын. 1790 жылдардың соңында қант өндірісі көбірек тазартылған қант кристалдарын өндіруге көшкен. Бұл кристалдар тасымалдау және сату үшін үлкен қатты конус пішіндес қалыпқа келтірілді. Бұл қатты қант конусын пайдалануға ыңғайлы бөліктерге бөлу үшін қант кескіш құрылғысы қолданылды. Адамдар қанттың жарық аз түсетін жерде "кесілуі" кезінде шағын жарықтар пайда болатынын байқады, бұл триболюминесценцияның нақты мысалы еді.
The first recorded observation is attributed to English scholar Francis Bacon when he recorded in his 1620 Novum Organum that "It is well known that all sugar, whether candied or plain, if it be hard, will sparkle when broken or scraped in the dark." The scientist Robert Boyle also reported on some of his work on triboluminescence in 1663. In 1675. Astronomer Jean Felix Picard observed that his barometer was glowing in the dark as he carried it. His barometer consisted of a glass tube that was partially filled with mercury. The empty space above the mercury would glow whenever the mercury slid down the glass tube. In the late 1790s, sugar production began to produce more refined sugar crystals. These crystals were formed into a large solid cone for transport and sale. This solid sugar cone had to be broken into usable chunks using a sugar nips device. People began to notice that tiny bursts of light were visible as sugar was "nipped" in low light, an established example of triboluminescence.
Әрекет ету механизмі
Эффект туралы әлі де бірнеше түсініксіз жайттар бар. Триболюминесценцияның қазіргі теориясы – кристаллографиялық, спектроскопиялық және басқа да тәжірибелік деректерге негізделген – асимметриялық материалдардың сынығы кезінде зарядтар бөлінеді. Зарядтар қайта біріккенде, электр разряды қоршаған ауаны иондап, жарық шығарады. Зерттеулер көрсеткендей, триболюминесценцияны көрсететін кристаллдар көбінесе симметриясыз болады және нашар өткізгіштер. Дегенмен, бұл ережені бұзатын, асимметриясы жоқ, бірақ триболюминесценцияны көрсететін заттар да бар, мысалы, гексакис(антипирин)тербий йодиді. Ондай материалдарда затты жергілікті түрде асимметриялық ететін қоспалар бар деп саналады. Мүмкін процестер туралы толық ақпаратты трибоэлектрлік эффект туралы беттен табуға болады. Триболюминесценцияның биологиялық құбылысы механикалық әрекеттестіру кезінде еркін радикалдардың қайта бірігуімен реттеледі деп есептеледі.
There remain a few ambiguities about the effect. The current theory of triboluminescence—based upon crystallographic, spectroscopic, and other experimental evidence—is that upon fracture of asymmetrical materials, charge is separated. When the charges recombine, the electrical discharge ionizes the surrounding air, causing a flash of light. Research further suggests that crystals that display triboluminescence often lack symmetry and are poor conductors. However, there are substances which break this rule, and which do not possess asymmetry, yet display triboluminescence, such as hexakis(antipyrine)terbium iodide. It is thought that these materials contain impurities, which make the substance locally asymmetric. Further information on some of the possible processes involved can be found in the page on the triboelectric effect. The biological phenomenon of triboluminescence is thought to be controlled by recombination of free radicals during mechanical activation.
Триболюминесценциясымен ерекшеленетін химиялық заттар
Еуропий тетракисі (дибензоилметид) триэтиламонийінің кристалдары жойылғанда ерекше жарқын қызыл жарқын шығарады. Трифенилфосфинбис(пиридин)тиоцианаты (I) мырышының кристалдары сыныққанда салыстырмалы түрде күшті көк жарық шығарады. Бұл люминесценция қызыл люминесценциядай күшті емес, алайда ол қалыпты жағдайда жалаңаш көзбен анық көрінеді. N-ацетилантранил қышқылының кристалдары сыныққанда терең көк жарық шығарады.
Europium tetrakis (dibenzoylmethide)triethylammonium emits particularly bright red flashes upon the destruction of its crystals. Triphenylphosphinebis(pyridine)thiocyanatocopper(I) emits a reasonably strong blue light when crystals of it are fractured. This luminescence is not as extreme as the red luminescence; however, it is still very clearly visible to the naked eye in standard settings. N acetylanthranilic acid emits a deep blue light when its crystals are fractured.
Фрактолюминесценция
Фрактолюминесценция көбінесе триболюминесценцияның синонимі ретінде қолданылады. Бұл кристаллдың сынуынан (ұқалаудан гөрі) жарық шығару, бірақ сыну көбінесе ұқалаумен бірге жүреді. Кристаллдың атомдық және молекулалық құрамына байланысты, кристалл сынықтары пайда болған кезде зарядтың бөлінуі мүмкін, соның салдарынан сынық кристаллдың бір жағы оң зарядталған, ал екінші жағы теріс зарядталған болады. Триболюминесценциядағы сияқты, егер зарядтың бөлінуі жеткілікті үлкен электр потенциалына әкелсе, интерфейстер арасындағы кеңістік пен ванна газы арқылы разряд пайда болуы мүмкін. Бұл құбылысқа қатысты потенциал ванна газының диэлектрлік қасиеттеріне байланысты.
Fractoluminescence is often used as a synonym for triboluminescence. It is the emission of light from the fracture (rather than rubbing) of a crystal, but fracturing often occurs with rubbing. Depending upon the atomic and molecular composition of the crystal, when the crystal fractures, a charge separation can occur, making one side of the fractured crystal positively charged and the other side negatively charged. Like in triboluminescence, if the charge separation results in a large enough electric potential, a discharge across the gap and through the bath gas between the interfaces can occur. The potential at which this occurs depends upon the dielectric properties of the bath gas.
Фракторлау кезінде ЭМЖ таралуы
Металдар мен тау жыныстарындағы пластикалық деформация және жарықтардың таралуы кезінде электромагниттік сәулеленудің (ЭМС) шығарылуы зерттелді. Металдар мен қорытпалардан шығатын ЭМС де зерттелді және расталды. Молоцкий осы типтегі ЭМС шығарылуы үшін дислокациялық механизм ұсынды. 2005 жылы Шрилакшми мен Мисра пластикалық деформация және жарықтардың таралуы кезінде қабықталмаған және металл қабықпен жабылған металдар мен қорытпаларда қосымша екіншілік ЭМС құбылысы туралы хабарлады. Мисра (1973–75) бірнеше металдар мен қорытпалардан микропластикалық деформация және жарықтардың таралуы кезінде, сондай-ақ ферромагниттік металдардың тарылуы кезінде өтпелі магниттік өріс пайда болуы туралы хабарлаған, бұл бірнеше зерттеушілермен расталды және зерттелді. Тюдик пен Валюев (1980) фотокөбейтілгіштерді пайдалану арқылы 100 ТГц аймағында темір мен алюминийдің созылу кезінде ЭМС жиілігін өлшеді. Шрилакшми мен Мисра (2005a) қабықталмаған және металл қабықпен жабылған металдар мен қорытпаларда екінші реттік электромагниттік сәулеленудің қосымша құбылысы туралы да хабарлады. Егер қатты материал үлкен амплитудалы кернеулерге түсірілсе, бұл пластикалық деформация мен сынуға әкелуі мүмкін, жылулық, акустикалық, иондық және экзоэмиссиялар сияқты шығарылымдар пайда болады.
The emission of electromagnetic radiation (EMR) during plastic deformation and crack propagation in metals and rocks has been studied. The EMR emissions from metals and alloys have also been explored and confirmed. Molotskii presented a dislocation mechanism for this type of EMR emission. In 2005, Srilakshmi and Misra reported an additional phenomenon of secondary EMR during plastic deformation and crack propagation in uncoated and metal coated metals and alloys. EMR during the micro plastic deformation and crack propagation from several metals and alloys and transient magnetic field generation during necking in ferromagnetic metals were reported by Misra (1973–75), which have been confirmed and explored by several researchers. Tudik and Valuev (1980) were able to measure the EMR frequency during tensile fracture of iron and aluminum in the region 100 THz by using photomultipliers. Srilakshmi and Misra (2005a) also reported an additional phenomenon of secondary electromagnetic radiation in uncoated and metal coated metals and alloys. If a solid material is subjected to stresses of large amplitudes, which can cause plastic deformation and fracture, emissions such as thermal, acoustic, ions, and exo emissions occur.
Деформациядан пайда болған ЭМР
Деформацияны зерттеу жаңа материалдарды әзірлеу үшін маңызды. Металдардың деформациясы температураға, қолданылатын күш түріне, деформация жылдамдығына, тотығу мен коррозияға байланысты. Деформация нәтижесінде туындаған ЭМР үш санатқа бөлінеді: иондық кристалдық материалдарға әсер, тау жыныстары мен граниттерге әсер, және металдар мен қорытпаларға әсер. ЭМР шығарылымы жеке кристалдардағы түйірлердің бағытына байланысты, себебі материалдың қасиеттері әртүрлі бағыттарда өзгеше болады. ЭМР импульсының амплитудасы жарықтардың өсуімен және жаңа атомдық байланыстардың үзілуімен бірге артады, нәтижесінде ЭМР пайда болады. Жарылу тоқтағанда импульс әлсіреуге бастайды. Тәжірибелерде алынған байқаулар ЭМР сигналдарында әртүрлі жиілік компоненттерінің болуын көрсетті.
The study of deformation is essential for the development of new materials. Deformation in metals depends on temperature, type of stress applied, strain rate, oxidation, and corrosion. Deformation induced EMR can be divided into three categories: effects in ionic crystal materials, effects in rocks and granites, and effects in metals and alloys. EMR emission depends on the orientation of the grains in individual crystals since material properties are different in differing directions. Amplitude of the EMR pulse increases as long as the crack grows as new atomic bonds are broken, leading to EMR. The Pulse starts to decay as the cracking halts. Observations from experiments showed that emitted EMR signals contain mixed frequency components.
ЭМТ өлшеу үшін сынақ әдістері
Материалдардың механикалық қасиеттерін сипаттау үшін ең көп қолданылатын созу сынағы әдісі пайдаланылады. Кез келген толық созу сынағы нәтижесінен материалдың серпімділік қасиеттері, пластикалық деформацияның сипаты мен мөлшері, беріктік шегі, созу беріктігі және тұтқырлық туралы маңызды ақпарат алуға болады. Бір сынақтан алынған ақпарат инженерлік материалдарды зерттеуде созу сынақтарын кеңінен қолдануға негіз береді. Сондықтан, ЭМЖ шығарылымдарын зерттеу көбінесе сынамалардың созу сынағына негізделген. Эксперименттер көрсеткендей, созудағы жарықтардың пайда болуы, қисылудағы жарықтарға қарағанда күштірек ЭМЖ тудырады, ал бір осьті жүктеу кезінде серпімділік, беріктік және жүктеме жылдамдығының артуы амплитуданы арттырады. Пуассон коэффициенті – триаксиалды қысым кезінде ЭМЖ сипаттамасының маңызды параметрі. Егер Пуассон коэффициенті төмен болса, материалдың көлденең деформациялануы қиынырақ болады, демек, жаңа жарықтардың пайда болу ықтималдығы жоғарылайды.
The most widely used tensile test method is used to characterize the mechanical properties of materials. From any complete tensile test record, one can obtain important information about the material's elastic properties, the character and extent of plastic deformation, yield, and tensile strengths and toughness. The information obtained from one test justifies the extensive use of tensile tests in engineering materials research. Therefore, investigations of EMR emissions are mainly based on the tensile test of the specimens. From experiments, it can be shown that tensile crack formation excites more intensive EMR than shear cracking, increasing the elasticity, strength, and loading rate during uniaxial loading increases amplitude. Poisson's ratio is a key parameter for EMR characterization during triaxial compression. If the Poisson's ratio is lower, it is harder for the material to strain transversally and hence there is a higher probability of new fractures.