인광체

이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 기사를 개선할 수 있도록 도와주십시오. 공급되지 않은 재료는 도전하여 제거할 수 있다. 출처 찾기: "인스포레센스" – 뉴스 · 신문 · 책 · 학자 · JSTOR (2017년 6월) (이 템플릿 메시지를 제거하는 방법과 시기 학습)

인광은 형광과 관련된 광채광의 일종이다.더 짧은 파장의 빛(방사선)에 노출되면 형광 물질이 빛을 발해 빛을 흡수하고 더 긴 파장에서 재방사한다.형광물질과는 달리, 형광물질은 흡수한 방사선을 즉시 재흡수하지 않는다.대신에, 인광 물질은 방사선 에너지의 일부를 흡수하고 방사선원이 제거된 후 훨씬 더 오랜 시간 동안 그것을 다시 방출한다.

일반적인 의미나 구어적 의미에서는 형광과 인광의 방출 시간 사이에는 뚜렷한 경계가 없다(즉, 물질이 검은 빛 아래에서 빛나면 일반적으로 형광으로 간주되며, 어둠 속에서 빛나면 단순히 인광이라고 하는 경우가 많다).^[1]현대적이고 과학적인 의미에서, 그 현상들은 보통 빛을 내는 세 가지 다른 메커니즘과 그 메커니즘들이 빛을 발산하는 전형적인 시간 계산에 의해 분류될 수 있다.형광 물질은 흥분 방사선이 제거된 후 나노초(약 10억분의 1초) 이내에 발광하는 것을 멈추는 반면에, 형광 물질은 흥분 제거 후 수마이크로초에서 수시간까지 계속해서 여운을 방출할 수 있다.^[2]

인광을 생성할 수 있는 두 가지 메커니즘이 있는데, 이를 트리플트 인광(또는 단순히 인광)과 지속적 인광(또는 지속적인 발광)이라고 한다.트리플트 인광은 원자가 고에너지 광자를 흡수할 때 발생하며, 에너지가 전자의 스핀 다중성에 잠기면서 일반적으로 형광 "싱글렛 상태"에서 방출 속도가 느린 "트리플릿 상태"로 변화한다.방출의 느린 시간은 양자역학의 "강제" 에너지 상태 전환과 관련이 있다.이러한 전환은 특정 물질에서 비교적 느리게 발생하기 때문에 흡수된 방사선은 흥분 제거 후 몇 마이크로초에서 최대 1초까지 낮은 강도로 다시 방출된다.^[3]

한편, 고에너지 광자가 원자에 흡수되어 그 전자가 결정체나 비정형 물질의 격자 속의 결함에 갇힐 때 지속적인 인광 현상이 발생한다.누락된 원자(vacancy 결함)와 같은 결함은 전자를 함정에 빠뜨릴 수 있으며, 열(vibrational) 에너지의 무작위 스파이크에 의해 방출될 때까지 그 전자의 에너지를 저장한다.그런 물질은 이후 원래 흥분한 지 몇 초에서 몇 시간 후까지, 점차 강도가 낮아지는 빛을 발산하게 된다.^[4]

인광물질의 일상적 예로는 일반 독서나 실내등과 같이 밝은 빛을 충전한 후 빛을 발하는 야광 장난감, 스티커, 페인트, 시계 다이얼 등이 있다.전형적으로, 때로는 몇 분 안에 혹은 어두운 방에서 몇 시간까지 빛이 서서히 사라진다.^[5]

인광 물질에 대한 연구는 방사능 붕괴의 발견으로 이어졌다.

어원

인광이라는 용어는 '빛'을 뜻하는 고대 그리스어 φῶς(phos)와 '참아야 한다'는 뜻의 그리스어 접미사 -όοςςς(-phoros)가 라틴어 접미사 -escentem과 합쳐져 'being of', 'the having' 또는 'fequence'라는 뜻에서 유래되었다.^[6]따라서 인광은 문자 그대로 "빛을 참는 경향이 있다"는 뜻이다.그것은 1766년에 처음 기록되었다.^[7]

인광이라는 용어는 중세 때부터 어둠 속에서 빛을 발하는 광물을 묘사하기 위해 사용되어 왔다.첫번째는 아니지만 가장 유명한 것 중 하나는 볼로니아 인광물질은 아니었다.1604년경 빈첸초 카시아롤로는 이탈리아 볼로냐 근처에서 "라피솔라리스"를 발견했다.일단 산소가 풍부한 용광로에서 가열되면, 그 후 햇빛을 흡수하고 어둠 속에서 빛을 발했다.1677년 헤니그 브랜드는 공기에 노출될 때 화학반응으로 빛이 나는 새로운 원소를 분리해 '인광'이라는 이름을 붙였다.^[8]

이와는 대조적으로 발광('빛'을 뜻하는 라틴어 루멘에서)이라는 용어는 1888년 에일하르트 위데만(Eilhardt Wiedemann)에 의해 "열 없는 빛"을 가리키는 용어로 만들어졌으며, 1852년 조지 스톡스 경(George Stokes)이 키니네 황산염의 용액을 프리즘을 통해 굴절된 빛에 노출할 때 용액이 빛을 발광하는 것을 알아차렸다.스펙트럼의 보라색 끝 너머에 있는 섬뜩한 보이지 않는 빛(현재는 UV광으로 알려져 있다)스톡스는 플루오르파(fluorpar)와 오팔레슈팅(용액 대신 미네랄을 사용하는 것을 선호함)^[9]의 합성어로 이 용어를 만들었다.

19세기 후반에서 20세기 중반에 걸쳐 이러한 용어의 의미 사이에는 많은 혼란이 있었다."발광"이라는 용어는 흥분에서 제거했을 때 즉각적으로 (인간-눈 표준에 의해) 중단되는 발광을 가리키는 경향이 있는 반면에, "인광"은 어둠 속에서 감지할 수 있는 기간 동안 빛을 발하는 사실상 모든 물질을 가리키며, 때로는 화학 발광(때로는 상당한 양의 열을 발생시킨다)을 포함하기도 했다.1950년대와 1960년대에 양자 전자, 분광학, 레이저의 발전이 이루어졌을 때 비로소 빛을 발산하는 다양한 과정을 구별할 수 있는 척도를 제공하게 된다. 비록 공통언어에서는 그 구분이 여전히 다소 모호한 경우가 많지만 말이다.^[10]

소개

간단히 말해서 인광은 물질에 흡수된 에너지가 빛의 형태로 비교적 천천히 방출되는 과정이다.이것은 어떤 경우에는 빛에 노출되어 "충전"되는 야광 물질에 사용되는 메커니즘이다.일반적인 루비와 같은 레이저 매체에서 보이는 것과 같이 형광에서 비교적 빠른 반응과 달리, 인광 물질 "저장"은 에너지를 재흡수하는데 필요한 과정이 덜 자주 발생하기 때문에 더 오랜 시간 동안 에너지를 흡수했다.그러나 시간 척도는 여전히 일반적인 구별에 지나지 않는데, 예를 들어 천왕성염과 마찬가지로 황화아연(보랏빛)과 같은 일부 인광물질은 매우 빠르다.과학적으로, 이러한 현상은 빛을 내는 다른 메커니즘에 의해 분류되는데, 인광체가 빛을 내는 물질은 조명과 같은 어떤 목적에 적합할 수도 있지만 레이저와 같이 형광을 필요로 하는 다른 물질에게는 전혀 적합하지 않을 수 있기 때문이다.선들을 더욱 흐리게 하면 물질은 물질과 흥분 상태에 따라 하나, 둘 또는 세 가지 메커니즘 모두 빛을 방출할 수 있다.^[11]

저장된 에너지가 원자 전자의 스핀에 의해 잠기면, 삼중 상태가 발생하여 빛의 방출이 느려질 수 있으며, 때로는 크기가 몇 배나 된다.원자들은 대개 형광을 선호하는 단일 회전 상태에서 시작되기 때문에, 이러한 유형의 인광은 일반적으로 조명 중에 방출되는 두 가지 유형과 조명을 끈 후 1초 미만으로 지속되는 엄밀한 형광 광의 희미한 여운을 생성한다.

반대로 저장된 에너지가 지속적인 인광으로 인해 발생하는 경우 형광 전구체 없이 완전히 다른 과정이 발생한다.전자가 원자나 분자 격자의 결함 안에 갇히게 되면 전자가 빠져나갈 수 있을 때까지 빛이 재발하지 못하게 된다.탈출하기 위해서, 전자는 그것을 덫에서 튀어나와 원자 주위의 궤도로 되돌아가는데 도움을 주기 위해 열 에너지를 증가시킬 필요가 있다.그래야 원자가 광자를 방출할 수 있다.따라서 지속적인 인광은 물질의 온도에 크게 의존한다.^[12]

트리플트 인광

화학 기질이 빛의 광자를 흡수했다가 다시 방출하는 광자 발광 이벤트는 대부분 10나노초의 순서로 빠르다.빛은 관련된 광자의 에너지가 이용 가능한 에너지 상태와 일치하고 기질 전환이 허용되는 경우 이러한 빠른 시간 척도에서 흡수되고 방출된다.인광성의 특별한 경우, 광자(에너지)를 흡수한 전자는 비정상적인 시스템 간 교차 과정을 거치며 다른 (일반적으로 더 높은) 스핀 다중성(용어 기호 참조)의 에너지 상태, 보통 3중 상태를 이룬다.그 결과 흥분한 전자는 낮은 에너지 싱클레트 상태로 되돌아가기 위해 "forbidden" 전환만 가능하여 트리플릿 상태에 갇힐 수 있다.이러한 전환은 비록 "강제"하지만, 양자역학에서는 여전히 일어날 것이지만, 동역학적으로 선호되지 않기 때문에 상당히 느린 시간 척도로 진행된다.대부분의 인광 화합물은 여전히 비교적 빠른 방출체로, 붕괴 시간이 밀리초 단위로 세 배나 된다.

일반적인 예로는 형광등에 사용되는 인광 코팅이 있는데, 밀리초 이상의 인광은 AC 전류 사이클 사이의 "오프타임"을 채우는 데 유용하여 "플릭커"를 줄이는 데 도움이 된다.붕괴 시간이 빠른 인광체는 브라운관 텔레비전 세트에서 자유 전자(카토돌루민 발광)에 의해 흥분되는 픽셀과 같은 용도에 사용되는데, 전자 빔이 화면을 스캔하면서 그림이 형성될 수 있을 만큼 느리지만 프레임이 함께 흐릿해지는 것을 막을 만큼 충분히 빠르다.^[13][14]일반적으로 형광과 관련된 물질도 실제로 인광에 노출되기 쉬울 수 있는데, 이를테면 형광펜에서 발견되는 액상 염료와 같은 액상 염료 레이저에서 흔히 볼 수 있는 문제다.이 경우 인광의 발병은 삼중수소의 사용으로 현저하게 감소하거나 지연될 수 있다.^[15]

방정식

여기서 S는 싱글릿이고 T a 트리플릿은 첨자가 (0은 지면 상태, 1은 흥분 상태)를 나타낸다.전환은 더 높은 에너지 레벨에서도 발생할 수 있지만, 첫 번째 흥분 상태는 단순성을 위해 표시된다.

영구인광

고형 물질은 일반적으로 결정성과 무형의 두 가지 주요 유형으로 나온다.어느 경우든 원자와 분자의 격자 또는 네트워크가 형성된다.결정체에서 격자는 매우 깔끔하고 균일한 조립체다.그러나 거의 모든 결정체는 이러한 분자와 원자의 쌓임 순서에 결함이 있다.빈 결함은 원자가 빈 '구멍'을 남기고 그 자리에서 간단히 없어지는 결함의 한 유형이다.때로는 원자가 격자 안에서 이곳저곳으로 이동하여 쇼트키 결함이나 Frenkel 결함을 만들기도 한다.다른 결함은 격자의 불순물로 인해 발생할 수 있다.예를 들어 정상 원자가 훨씬 크거나 작은 크기의 다른 원자로 대체될 때 대체 결함은 발생하는 반면, 훨씬 작은 원자가 "간격" 즉 원자 사이의 공간에 갇힐 때 중간 결함은 발생한다.이와는 대조적으로, 비정형 물질은 (어느 방향의 원자 몇 개의 공간을 넘어) "장거리 순서"를 가지고 있지 않기 때문에 정의상 결함으로 채워진다.

결함이 발생하면 종류와 재료에 따라 구멍, 즉 '트랩'을 만들 수 있다.예를 들어, 산화아연 화합물에서 산소 원자가 빠지면 결합되지 않은 아연 아톰으로 둘러싸인 격자에 구멍이 생긴다.이것은 전자 볼트로 측정할 수 있는 순 힘이나 끌림을 만들어낸다.고에너지 광자가 아연 원자 중 하나를 타격할 때, 그 전자는 광자를 흡수하여 더 높은 궤도로 던져진다.그러면 전자는 트랩에 들어가 끌어당김에 의해 (정상 궤도를 벗어나) 제자리에 고정될 수 있다.에너지의 방출을 촉발하기 위해서는 전자를 트랩 밖으로 끌어올려 정상 궤도로 되돌리는데 충분한 크기의 열 에너지의 무작위 스파이크가 필요하다.일단 궤도에 오르면 전자의 에너지가 정상(지상 상태)으로 떨어져 광자가 방출될 수 있다.^[16]

이런 식으로 에너지를 방출하는 것은 완전히 무작위적인 과정으로, 주로 물질의 평균 온도와 트랩의 "깊이" 또는 그것이 얼마나 많은 전자 전압을 발휘하는가에 의해 지배된다.2.0 전자볼트의 깊이를 가진 트랩은 끌어당김을 극복하기 위해 많은 양의 열 에너지(매우 높은 온도)가 필요한 반면 0.1 전자볼트의 깊이에서는 트랩이 전자까지 잡으려면 매우 적은 열(매우 차가운 온도)이 필요하다.온도가 높을수록 에너지의 방출이 빨라져 밝고 짧은 수명의 방출이 발생할 수 있으며, 온도가 낮을수록 어둡지만 오래 지속되는 빛을 낼 수 있다.물질에 따라 너무 뜨겁거나 차가운 온도는 에너지의 축적이나 방출을 전혀 허용하지 않을 수 있다.상온에서 지속적인 인광을 위한 트랩의 이상적인 깊이는 일반적으로 0.6에서 0.7 전자볼트 사이에 있다.^[17]만약 인광 양자 수율이 높다면, 즉 물질이 정확한 깊이의 함정을 많이 가지고 있다면, 이 물질들은 장기간에 걸쳐 상당한 양의 빛을 방출하여 이른바 "어둠 속의 빛" 물질을 생성하게 된다.

지속적인 인광은 흔히 어둠 속에서 빛이라고 부르는 대부분의 것의 메커니즘이다.대표적인 용도는 장난감, 프리스비와 공, 안전 표지, 페인트와 표시, 메이크업, 예술과 데코, 그리고 다양한 다른 용도가 있다.

화학 발광

어둠 속에서 빛을 내는 물질의 일부 예는 인광에 의해 빛을 발하지 않는다.예를 들어, 야광 스틱은 일반적으로 인광으로 오인되는 화학적 발광 공정으로 인해 빛을 발한다.화학적 발광에서, 흥분된 상태는 화학적 반응을 통해 만들어진다.빛 방출은 기초 화학 반응의 운동 진도를 추적한다.흥분된 상태는 감작제 또는 플루오포르라고도 알려진 염료 분자로 옮겨지고 그 후에 다시 형광 투과된다.

자재

인광 물질에 사용되는 일반적인 색소로는 황화아연과 알루민산 스트론튬이 있다.안전 관련 제품에 황화 아연을 사용한 것은 1930년대로 거슬러 올라간다.

1993년 스트론튬 알루민산염 색소의 개발은 특히 프로메튬을 사용한 광채와 긴 인광을 가진 야광 소재에 대한 대체물을 찾을 필요성에 자극되었다.^[18][19]이를 통해 아오키 야스미쓰(네모토&코)가 황화아연과 인광보다 약 10배 더 긴 휘도를 가진 물질을 발견했다.^[20][21]이것은 대부분의 황화 아연 기반 제품들을 새로운 범주로 격하시켰다.스트론튬 알루민산염 기반 색소는 현재 출구 표지판, 경로 표시 및 기타 안전 관련 표지판에 사용된다.^[22]

• 

  황화아연(왼쪽)과 알루민산 스트론튬(오른쪽), 가시광선, 어둠 속, 그리고 어둠 속 4분 후.

• 

  황화칼슘(왼쪽)과 금속-지질 규산염(오른쪽) 인산염은 각각 적색과 청색으로 한다.

사용하다

1974년 베키 슈뢰더는 사람들이 저조도 조건에서 글을 쓰도록 돕기 위해 필기 용지에 인광선을 사용한 "Glow Sheet"의 발명으로 미국 특허를 받았다.^[23]

사출 금형에 사용되는 플라스틱 블렌드에 어두운 소재의 글로우를 넣어 디스크 골프 디스크를 만들어 야간에 게임을 할 수 있게 했다.

종종 시계의 시계 표면은 인광 색으로 칠해진다.따라서 밝은 빛에 노출된 후 몇 시간 동안 절대 어두운 환경에서 사용할 수 있다.

그림자벽

그림자 벽은 일시적으로 그림자를 포착하는 형광 스크린 앞에서 사람이나 물체에 빛이 비추면 생성된다.화면이나 벽에는 인광성 화합물을 함유한 야광성 제품이 칠해져 있다.^[24]공개적으로, 이러한 그림자 벽은 특정 과학 박물관에서 발견될 수 있다.^[25][26]

• 

  형광벽에 그림자를 포착하는 이미지 전.

• 

  형광벽에 그림자를 포착한 후.

참고 항목

• 발광 원석
• 야광도료
• 마이크로스피어
• 지속 발광
• 인광체
• 인광경
• 삼중수소

참조

외부 링크

무료 사전인 Wiktionary에서 인광이나 광채를 찾아보십시오.