нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Центри забарвлення

   
 

Центри забарвлення, дефекти кристалічної решітки, що поглинають світло в спектральної області, в якій власне поглинання кристала відсутнє (див. Спектроскопія кристалів ). Спочатку термін «Ц. о." ставився тільки до т. н. F-центрам ( від нім. Farbenzentren), виявленим вперше в 30-х рр.. в лужно-галогенних кристалах Р. В. Полем із співробітниками (Німеччина) і представляє собою аніонні вакансії , що захопили електрон [модель французького вченого де Бура, підтверджена експериментально і теоретично розрахована С. І. Пекаром (СРСР)]. Надалі під Ц. о. стали розуміти будь точкові дефекти в кристалах , поглинають світло поза області власного поглинання кристала - катіонні і аніонні вакансії, міжвузольні іони (власні Ц. о.), а також домішкові атоми і іони (домішкові центри). Ц. о. виявляються у багатьох неорганічних кристалів і в стеклах; вони широко поширені в природних мінералах.

Власні Ц. о. можуть бути створені впливом іонізуючих випромінювань і світла, відповідного області власного поглинання кристала (фотохімічне фарбування). Такі Ц. о. називаються наведеними. При фотохімічному фарбуванні нерівноважні носії заряду (електрони провідності і дірки), що виникли під дією випромінювання, захоплюються дефектами кристала і змінюють їх заряд, що обумовлює появу нових смуг в спектрі поглинання і зміну забарвлення кристала. Зазвичай з'являється принаймні 2 типи Ц. о. - із захопленим електроном (електронний Ц. о.) і діркою (дірковий Ц. о.). Якщо частки або фотони, що породжують фарбування, несуть чималу енергію, то вони можуть утворювати нові дефекти (див. Радіаційні дефекти в кристалах ), які теж зазвичай виникають парами (наприклад, вакансія - междоузельний іон ). Наведені Ц. о. можуть бути зруйновані при нагріванні (термічне знебарвлення) або дії світла, відповідного спектральній області поглинання самих Ц. о. (оптичне знебарвлення). Під дією тепла чи світла один з носіїв заряду, наприклад електрон, звільняється з який захопив його дефекту і рекомбінує з діркою. Такий процес може супроводжуватися люмінесценцією , якщо виділилася при цьому, випускається у вигляді кванта світла. Під дією тепла можуть зникати і пари дефектів (наприклад, междоузельний атом може заповнити відповідну вакансію). У цьому випадку люмінесценція, як правило, не спостерігається - вся енергія, що виділилася перетворюється в тепло.

При іншому способі створення власних Ц. о., званому адитивним фарбуванням, носії заряду, необхідні для створення Ц. о., вносяться в кристал ззовні, а не утворюються в ньому самому (звідси термін "аддитивное фарбування", тобто фарбування при додаванні чого-небудь). Це досягається прогріванням в парах металу або введенням електронів в нагрітий кристал з гострокінцевого катода, або ж за допомогою електролізу. При прогріванні в парах металу атоми металу дифундують всередину кристала, заповнюють катіонні вакансії і, віддаючи свої електрони аніонним вакансіях, утворюють F-центри. У деяких випадках (наприклад, у разі флюориту ) власні Ц. о. можуть виникати в процесі кристалізації . Ц. о., що утворюються при аддитивном фарбуванні і кристалізації, не можуть бути знищені термічно або оптично - для їх руйнування потрібні інші дії. Так адитивно забарвлені лужно-галогенні кристали знебарвлюються при нагріванні в атмосфері галогену; флюорит вдалося отримати незабарвленим, змінивши умови кристалізації.

Найбільш повно F-центри вивчені в лужно-галогенних кристалах, але виявлені вони і в ін кристалах. F-центр в лужно-галогенних кристалах обумовлює селективну смугу поглинання колоколообразного виду (F-смугу), зазвичай, у видимій області спектра, що зміщується для кристалів з однаковими аніонами (катіонами) і різними катіонами (аніонами) у бік довгих хвиль при збільшенні атомної ваги катіона (аннона). Наприклад, в NaCI F-смуга має максимум поглинання в синій області спектру (l = 465 нм ) і колір кристала - жовто-коричневий (додатковий колір), в KCl - в зеленій області (l = 563 нм ) і кристал виглядає фіолетовим.

В лужно-галогенних кристалах виявлені і ін складніші власні Ц. о. - F-агрегатні електронні центри: F2 (або М), F 3 (або R), F 4 (або N), являють собою відповідно два, три і чотири сполучених F-центру (тобто дві, три або чотири аніонні вакансії, що захопили 2, 3,4 електрона); F2+, F 3+ - іонізованниє F2- и F3-центри та ін Діркові центри в лужно-галогенних кристалах представлені молекулярними іонами галогену (наприклад, Cl), що захопили дірку (тобто що віддали один електрон), які займають положення двох нормальних іонів (Vk-центр) або положення одного іона ( Н- центр), які можуть знаходитися в поєднанні з вакансією сусіднього катіона (VF-центр) або двох катіонів (Vt-центр).

Домішкові Ц. о. - чужорідні атоми або іони, впроваджені в кристал, скло або ін основу. В кристали для утворення домішкових Ц. о. домішка вводиться в розплав або розчин в процесі кристалізації або ж шляхом дифузії в готовий кристал. Домішкові атоми і іони так само, як і ін точкові дефекти, можуть захоплювати електрон або дірку, внаслідок чого змінюють смугу поглинання кристала і його забарвлення. Наведені домішкові Ц. о. виникають в кристалах і стеклах, що містять домішки, при фотохімічному фарбуванні завдяки зміні заряду домішки. У більшості випадків іони домішки, що входять в наведені Ц. о., мають валентність, відмінну від іонів основи. Так, наприклад, в кристалі KCl з домішкою Tl домішковий Ц. о. - іон Tl +, а наведені домішкові Ц. о. - атоми Tl і іони Tl 2 + ; в рубіні (Al 2O3 з домішкою Cr) домішковий Ц. о. - іон Cr 3 + , наведені домішкові Ц. о. - іони Cr 2 + і Cr 4 + . Всі наведені Ц. о. можуть бути зруйновані оптично або термічно.

У кристалах з домішками виявлені також Ц. о. змішаного типу: FA-центри і Z-центри. Перші є F-центри, розташовані поряд з іоном домішки (активатором), другі (в лужно-галогенних кристалах) - F-центри, пов'язані з вакансіями і з двовалентними домішковими іонами (Ca, Sr). Спостерігаються також складні домішкові Ц. о., що складаються з двох або більше частинок домішки одного або різних сортів. Наприклад, в лужно-галогенних кристалах виявлені домішкові Ц. о .. пов'язані з впровадженням іонів (О -, O 2-, S 2-, S 3-, SO 2-, PO 4 2 - , CO 3 2 - та ін.) Ц. о. під впливом зовнішніх впливів (світло, тепло, електричне поле) можуть коагулювати, утворюючи т.з.. колоїдні центри.

Ц. о., будучи центрами захоплення електронів і дірок, можуть служити центрами люмінесценції (див. Центри свічення ). Найбільш ефективним методом дослідження Ц. о. є електронний парамагнітний резонанс в поєднанні із спектральними дослідженнями, що дозволяє розшифрувати будову Ц. о.

Фарбування і знебарвлення кристалів і стекол широко застосовується в науковому експерименті і в техніці. Воно використовується в дозиметрії ядерних випромінюванні, в обчислювальній техніці (пристрої для зберігання інформації), в пристроях, де застосовуються фотохромні матеріали (сонцезахисні стекла, що темніють під дією сонячного світла і просвітлювати в темряві) та ін У археології і геології по дослідженнях Ц. о., що виникли під дією випромінювання радіоактивних елементів, що знаходяться в товщі Землі, визначають вік глиняних виробів і мінералів (див. Геохронологія ). Забарвлення ряду коштовних каменів і самоцвітів пов'язана з Ц. о. (аметист, цитрин, алмаз, амазоніт та ін.) Деякі кристали і скла з домішковими Ц. о. використовуються в якості активного середовища в лазерах (рубін, скло з домішкою Nb та ін; см. Квантова електроніка , Лазер ).

© Літ.: Пекар С. І., Дослідження по електронній теорії кристалів, М. - Л., 1951; Кац М. Л., Люмінесценція і електронно-діркові процеси в фотохімічно забарвлених кристалах лужно-галоїдних сполук, Саратов, 1960; Physics of color centers, NY - London, 1968; Townsend PD, Kelly JC, Colour centers and imperfections in insulators and semiconductors, L., 1973; Марфунін А. С., спектроскопія, люмінесценція і радіаційні центри в мінералах, М., 1975.

© З. Л. Моргенштерн.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка