手表上的夜光材料
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手表的出现就是为了方便人们的生活,但是在黑暗的地方读取时间却依旧是很麻烦的事情,必须要借助其他光源。当然,三问表能部分解决这一问题,不过直观看到时间仍然是人们喜欢手表的重要原因之一。于是,有人开始将荧光材料涂于表针和表盘的时标与刻度之上,以便于夜间也可以便捷地读取时间。
物质发光现象一般分为两类:一类是物质受热,产生热辐射而发光,另一类是物质受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)再返回到基态的过程中,以光的形式释放能量。手表上使用荧光涂层正是利用了第二类的原理,即荧光材料受激后发光。当然,除此之外诸如日常使用的荧光灯、电视机和计算机上的荧光屏等都是第二类发光原理。
传统荧光涂层材料可分为自发光型和蓄光型两种。自发光型荧光剂多是靠自身携带的微量放射性物质释放射线激发荧光剂发光。而储光型荧光剂则基本不含有放射性物质,但需要事先吸收并储备足够强度的外界光照,将自身电子由低能级跃迁到高能级并储存起来。当周边环境黑暗时,自身再逐步缓慢释放吸收来的能量,此时电子由高能级向低能级跃迁,荧光剂开始发光。由于蓄光型自身不携带射线激发材料,所以余辉持久度暂时不如自发光型。
早期比较常见的荧光涂层是利用放射性的镭盐做激发剂,由于自身具有放射性,在使用上收到逐步限制,现在已经开始逐渐淘汰。目前激发材料一般为含有
氚(3H或T)、钷(Pm)以及放射性硫酸镭(Ra)的荧光剂,而荧光剂多为硫化锌、硫化钙或硫化锶以及其他锌化亚硫酸盐。氚(3H或T)和钷(Pm) 虽然依旧具有放射性,但对人体的潜在损害要小许多。
氚(3H或T)是氢的同位素,原子核由一个质子和两个中子组成,带有放射性,会发生β衰变,半衰期为12.43年。尽管氚(3H或T)也是制造热核武器的材料,但其β衰变中只会释放出高速移动的电子,不会穿透人体,只有大量接触并吸入氚(3H或T)才会对人体造成伤害。使用氚(3H或T)的荧光剂正是利用 β衰变中释放出的高速电子来激发发光物质。另外,与氚(3H或T)相近的荧光放射性激发剂还有钷(Pm),半衰期为17.7年。
自90年代后,随着科技的发展进步,出现了不含有放射性物质的新型长余辉储光型稀土基碱土铝酸盐荧光材料。它从本质上不同于传统的硫化物型和放射线激发型夜光材料,完全不含任何有害元素,化学性质更稳定、亮度高、余辉时间长。长余辉蓄能发光材料是光致发光(Photoluminescence) 材料的一种,可以通过环境光,如日光、灯光等任何一种光能激发。其基本发光原理是:在材料制备过程中,掺杂的元素在基质中形成发光中心和陷阱中心,当受到外界光激发时,发光中心的基态电子跃迁到激发态,当这些电子从激发态跃迁回基态时,形成发光。与此同时,一些电子在受激时落入陷阱中心被束缚,完成能量的储备。与此同时,一些电子在受激时落入陷阱中心被束缚,完成能量的储备。光照撤除后,受环境温度的扰动,束缚于陷阱的电子跳出陷阱落到基态,释放的能量激发发光中心形成发光。由于束缚于陷阱的电子是受环境温度的扰动逐渐跳出陷阱,因此发光表现为一个长时间的过程,从而形成了长的余辉。
其中,Nemoto and Co Ltd。公司的注册丏利技术Luminova和Superluminova材料在制表业应用广泛。很多手表制造商目前逐步采用这些新型荧光材料,而曾在多数表盘6点位置占统治地位的“T SWISS MADE T”,也逐步变化成表示不再具有放射性物质的“SWISS MADE”。这种新型荧光材料在外界强光照射后,其余辉效果会持续几个甚至十几个小时。
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