Люминесцентные покрытия. 
Современные методы измерения температуры

Люминесцирующими веществами — люминофорами — являются вещества, способные излучать свет под действием различного рода возбуждений.

Само слово «люминофоры» не связано с температурой («люмен» — свет, «форос» — несущий), однако у этого вида термоиндикаторов оказалось возможным использовать в качестве термометрического свойства нежелательную в общем случае зависимость некоторых их характеристик от температуры. Во-первых, изменение яркости свечения при постоянном возбуждении люминофора, причем эта зависимость может быть очень резкой. Например, смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная серебром (ZnSCdS*Ag), изменяет свою эмиссионную способность на 20% при изменении температуры на 1 °C. Во-вторых, для каждого люминофора существует строго определенная температура, при которой он перестает светиться, причем для известных веществ диапазон температур очень широк. Например, для свинцовистого бария, активированного вольфрамом (ВаРЬ*W), эта температура равна минус 100° С, а для окиси алюминия, активированной хромом (синтетический рубин Al2O3*Сr), она достигает 1000 °C. В-третьих, резкое изменение цвета свечения. Например, сульфид цинка, активированный марганцем (ZnS*Mn), светящийся при комнатной температуре голубым цветом, при температуре 90 °C излучает желтое свечение. В-четвертых, изменение цветового тона свечения. Эта зависимость имеет место для большой группы люминофоров.

Для индикации температуры, как правило, используются фотолюминофоры (возбуждение ультрафиолетовым и видимым светом), что связано с большей доступностью источника возбуждения. Оптимальным источником возбуждения является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,365 мкм² .

Флуоресцирующими веществами, применяемыми в качестве термоиндикаторов, могут быть как органические красители, например, родамин.

так и неорганические, например сернистый цинк или его смесь с сернистым кадмием.

Однако чаще для индикации температуры применяются вещества, обладающие фосфоресцирующими свойствами. Это высококристаллические материалы, которые обозначаются формулами типа MeR*A (МеR — основа люминофора; А — активатор). Например, кроме уже упомянутых выше веществ, для этих целей используются ZnS (48)CdS (52)*Ag (0,01)—смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная серебром (в скобках приводится весовое содержание компонентов в процентах); ZnS (60)ZnSe (40) —сульфид цинка с cеленидом цинка; ZnS (60)ZnSe (40)*Ag (0,005) — смесь сульфида цинка с селенидом цинка, активированная серебром; ZnS (60)ZnSe (40)*Сu (0,005) — смесь сульфида цинка с селенидом цинка, активированная медью; ZnS (88)Сd (12)*Сu (0,008)—смесь сульфидов цинка и кадмия, активированная медью; ZnS*Ag (0,01)*Cu (0,005) —сульфид цинка, активированный серебром и медью; ZnS*Мn (0,06) —сульфид цинка, активированный марганцем. Варьируя состав базы люминофора и особенно активатор и его концентрацию, можно получить требуемую зависимость температуры от интенсивности свечения, цветового тона, а также критическое значение температуры, при которой люминофор перестает светиться или резко изменяет цвет свечения.

При возбуждении люминофора энергия поглощается как на уровнях активатора, так и в основном веществе люминофора. В первом случае происходит возбуждение электронов атома активатора. Возвращение их в основное состояние сопровождается излучением света с длиной волны, характерной для данного активатора. У этого типа люминофоров, называемого характеристическим, электронные переходы, связанные с поглощением и излучением энергии, происходят внутри иона активатора, который входит в кристаллическую решетку основы люминофора. Этот класс люминофоров характеризуется экспоненциальным законом затухания.

Во втором случае энергия, поглощенная в основе люминофора, передается ионам активатора. Процесс передачи энергии осуществляется переносом электронов и дырок, а излучение происходит в результате рекомбинации свободных электронов с любым центром свечения. Этот класс люминофоров характеризуется сложным законом затухания люминесценции. Первая кратковременная стадия процесса затухания происходит по экспоненциальному закону, а на дальнейшей стадии затухание продолжается по гиперболическому закону. В этой области интенсивность свечения зависит от температуры. Люминофоры являются обратимыми термоиндикаторами.

Люминоформы начали применять для индикации температуры в 50-е годы. Первые фотолюминесцентные пигменты были разработаны в Германии в 1940— 1942 гг. В 1945 г. впервые оговорен был способ получения флуоресцентных пигментов в США. В последующие годы их разработка и производство развивались быстрыми темпами. В Англии и Франции люминофоры появились позже. Значительно развито производство люминофоров в Японии. Американская компания Eastman Kodak выпускает ряд люминофоров на достаточно широкий температурный интервал с высокой чувствительностью: при изменении температуры на 1 °C яркость свечения меняется на 20%. Американская фирма U.S. Radium выпускает люминофоры, перекрывающие диапазон температур 25−400 °С. Их чувствительность также высока. Например, Для одного из них, работающего в диапазоне 25—70 °С, 25%-ное падение яркости свечения соответствует изменению температуры на 1 °C.

Высокая чувствительность этого типа термоиндикаторов, их безинерционность является несомненным достоинством люминофоров. Однако по сравнению с другими приведенными типами они имеют существенные недостатки:

• а) необходимость облучения покрытия ультрафиолетовым светом, что само по себе не вызывает трудностей, но требует наличия источника ультрафиолетового излучения;
• б) необходимость поддержания постоянной интенсивности потока возбуждения, так как яркость свечения люминофора зависит от возбуждения;
• в) необходимость фиксировать изменение свечения на пленке, поскольку люминофоры являются обратимыми термоиндикаторами, что также требует применения дополнительной аппаратуры.