پیگمنت های فسفرسانس، موادی هوشمند
فسفرسانس نوعی نور تابناکی (photoluminescence) مربوط به مواد تابناک است که به اصطلاح آنها را شبرنگ یا شب نما می نمامند. نورتابناکی به انتشار نور از هر ماده پس از جذب فوتون ها گفته می شود. پیگمنت های فسفرسانس که دارای این ویژگی هستند در تاریکی شب می درخشند.
نمونه های روزمره فسفورسانس اسباب بازی های درخشان، بر چسب، رنگ ها و ساعت مچی است که پس از شارژ شدن با نور معمولی یا اتاق می درخشند. مطالعه مواد فسفرسانس منجر به کشف مواد رادیو اکتیو در سال 1896 شد.
مکانیسم و ویژگی های پیگمنت های فسفرسانس
مواد تابناک (luminescence) به دو دسته تقسیم می شوند: فلورسانس و فسفرسانس. مواد فلورسانس امواج کوتاه و نامرئی ماوراء بنفش خورشید را جذب می کنند اما امواجی با طول بلند و در ناحیه مرئی طیف نور را منتشر می کنند. بنابراین ماده فلورسانس تنها زمانی تابناک است که در معرض امواج UV که طول آنها کوتاه است، قرار گیرد. هنگامی که منبع تابش متوقف می شود، تابناکی مواد فلورسانس نیز تقریباً بالافاصله متوقف می شود. فلورسانس ها در کانی و سنگ شناسی، پزشکی و داروسازی، حسگرهای شیمیایی، ردیاب های بیولوژیکی، برچسب ها و معمولاً لامپ های فلورسنت کاربرد دارند و در بسیاری از گونه های حیوانی می توان این ویژگی را مشاهده کرد.
بر خلاف مواد فلورسانس ماده فسفرسانس اشعه ای را که جذب می کند را فوراً منتشر نمی کند. انتشار نور در مقیاس زمانی کندتر به انتقال منطقه انرژی ممنوع در مکانیک کوآنتوم مربوط می شود. از آنجا که چنین انتقالی در این مواد بسیار کند انجام می شود، اشعه جذب شده با شدت کمتری برای چندین ساعت پس از تحریک اصلی منتشر می شود.
در زبان ساده فسفرسانس فرایندی است که در آن انرژی جذب شده در یک ماده به صورت نسبتاً آرام و به صورت نور آزاد می شود. انتشار آهسته نور را فسفرسنس می نامند. این مکانیسم مورد استفاده برخی از مواد تابناک در تاریکی است که در اثر قرار گرفتن در نور شارژ می شوند. شارژ شدن به مفهوم برانگیختگی اتم ها، مولکول ها یا مواد جامد به سطوح بالاتری از انرژی است و این مواد با انتشار تابش (تابناکی یا نشر) از حالت برانگیخته به سطح پایین تر برمی گردند. برای اتم هایی که با منبع انرژی با دمای بالا برانگیخته و نور را منتشر می کنند، این برانگیختگی انتشار اتمی یا نوری نامیده می شود. اگر اتم ها با نور برانگیخته شوند، فلورسانس اتمی نامیده می شود و برای مولکول ها آن را فلورسانس می نامند اگر انتقال مولکول ها میان حالت های یک اسپین (به فیزیک کوانتومی مراجعه نمایید) باشد اما اگر این انتقال مولکولی میان اسپین های متفاوت باشد، فسفرسانس نامیده می شود.
پیگمنت شب تاب یا فسفرسانس به فرم سنتی به نام GC فسفر شناخته می شود که در حقیقت سولفید روی فعال شده با مس است. مسی که به کریستال های سولفید روی اضافه شده است باعث شده تا کریستال ها بتوانند نور را جذب و به آرامی منتشر کنند. پایداری نوری که از این پیگمنت منتشر می شود، زیاد نیست. اکنون پیگمنت های فسفرسانس با پایداری بلند مدت از آلومینات قلیایی خاکی تولید شده اند که با یون های قلیایی کمیاب فعال می شوند. برای مثال پیگمنت آلومینات استرانسیم از سولفید روی 10 برابر درخشان تر است و می تواند بیش از 12 ساعت در تاریکی درخشان بماند و در طول موج های بلند تر فعال می شود.
پیگمنت های فسفرسانس مقاومت حرارتی خوبی دارند و تا 800 درجه سانتیگراد را تحمل می کنند و اگر در بسته بندی یا حامل خود به طور مناسب نگهداری شوند تا مدت ها قابل استفاده هستند. این پیگمنت ها سمی و رادیو اکتیو نیستند اما نباید غبار آنها را تنفس کرد. آنها نوری هایی با رنگ های مختلف تولید می کنند که عمومی ترین آن رنگ سبز است که در تاریکی و با قدرت می درخشد. رنگ سبز – آبی مشابه با سبز عمل می کند اما عمیق تر است. در این گروه رنگ های صورتی، قرمز، زرد، نارنجی، آبی و بنفش نیز وجود دارد.
کاربردهای عملی پیگمنت های فسفرسانس
پیگمنت های فسفرسانس به شکل پودر یا شبیه فلس های کوچک در صنعت رنگ، پلاستیک و پلیمر، پوشش های رنگ، شیشه، سرامیک و صنعت دکوراسیون جایگاه خود را باز کرده اند. اکنون نیاز صنایع و بخش های مختلف بازار به این پیگمنت ها به دو بخش کلی نیاز برای پیگمنت های فسفرسانس با دوام کوتاه مدت و نیاز به پیگمنت هایی با ماندگاری بلند مدت تقسیم شده است. به علاوه بازار مصرف این پیگمنت های ارزشمند به شاخه های لوازم خانگی، اسباب بازی ها و قطعات الکترونیکی، شاخص ها و نشانگرها، رنگ و روکش، جوهرها و صنعت چاپ، نساجی و غیره کشیده شده است. همچنین پیگمنت های فسفرسانس را می توان با پیگمنت های دیگر ترکیب و در فرمولاسیون رنگ ها از آنها استفاده کرد. در واقع این پیگمنت ها را می توان با موم شمع، چسب، جوهرهای پلاستیکی مخلوط نمود که در همه این موارد باید دستور سازندگان آن را دنبال کرد.
این نوع پیگمنت ها اغلب برای ساخت لامپ ها و لوازم التحریر، صفحه مدرج ساعت، ابزارها و علائم ایمنی، لوازم خانگی، صفحه کلیدهای کنترل از راه دور، دستگاه های روشنایی و پریزهای برق، تابلوهای راهنمای خروج و سیستم های فرار، نشانگرهای هواپیمایی و خودرو، تجهیزات آتشنشانی یا معدن، علائم راهنمایی و رانندگی و علائم دید کاملاً مشخص، تجهیزات ماهیگیری، کاربردهای نظامی استفاده می شوند. به علاوه می توان آنها را در وسایل و کالاهایی که به روشنایی طولانی مدت و یا سریع نیاز است، استفاده کرد.
ساعت های فسفرسانس نور خورشید یا نور مصنوعی لامپ را در طول روز جذب می کنند و به هنگام شب نور را به آرامی آزاد می کنند. اجسام دارای این پیگمنت ها در حقیقت در طول روز نیز این نور را ساطع می کنند اما ما نمی بینیم.
اکنون می توان از این پیگمنت ها در ساخت قالب های رزینی استفاده کرد که این قالب ها کاربردهای مختلفی دارند. اینگونه محصولات را رزین فسفرسانس می نامند که در زمینه های گوناگون مانند رنگ های پوششی، دکوراسیون و اسباب بازی قابل استفاده هستند.
