Ero sivun ”Loisteaine” versioiden välillä

'''Loisteaine''' on aine, jossa esiintyy [[luminesenssi]]-ilmiö. Loisteaineita ovat sekä [[Fosforesenssi|fosforenssiaineet]], joiden valovoima heikkenee hitaasti (> 1 ms), että [[Fluoresenssi|fluoresenssiaineet]], joissa valoemissio vaimenee kymmenissä nanosekunneissa. Fosforenssiaineita käytetään [[tutka]]näytöissä ja pimeässä hohtavissa materiaaleissa, kun taas fluoresenssiaineet ovat yleisiä [[Kuvaputki|kuvaputkissa]], [[Plasmapaneelinäyttö|plasmanäytöissä]], [[Loistelamppu|loisteputkissa]], [[Anturi|antureissa]] ja valkoisissa [[Loistediodi|loistediodeissa]].

Loisteaineet ovat usein [[Siirtymämetalli|siirtymäalkuaineiden]] tai [[Harvinaiset maametallit|harvinaisten maametallien]] [[Yhdiste|yhdisteitä]]. Niiden yleisimpiä käyttökohteita ovat kuvaputket ja loisteputket. Kuvaputkien loisteaineet standardisoitiin [[Toinen maailmansota|toisen maailmansodan]] alussa, ja ne merkittiin P-kirjaimella ja sen perässä olevalla luvulla.

[[Alkuaine]] [[fosfori]] on saanut nimensä siitä, että vapaana alkuaineena, [[valkoinen fosfori|valkoisena fosforina]] esiintyessään se säteilee valoa, joka kuitenkin syntyy [[Kemiluminesenssi]]lla. Tämän vuoksi fosforia ei lueta loisteaineisiin kuuluvaksi.<ref>{{Kirjaviite|Tekijä=|Nimeke=The Shocking History of Phosphorus|Vuosi=2000|Sivu=|Julkaisija=Macmillan|Isbn=978-0-330-39005-7}}</ref>

Kiderakenteeltaan epähomogeeniset epäongaanisetepäorgaaniset loisteaineet tehdään yleensä lisäämällä vähäinen määrä lisäaineita, aktivaattoreiksi kutsuttuja [[Epäpuhtaus|epäpuhtauksia]]. Epäpuhtauksina voidaan joskus harvoin käyttää [[Dislokaatio|dislokaatioita]] tai muita [[Hilavirhe|kidevirheitä]]. Säteily-ytimen säteilyn aallonpituus riippuu [[Atomi|atomista]] itsestään ja ympäröivästä kiderakenteesta.

Epäorgaanisten aineiden tuikeprosessi johtuu kiteiden sähköisestä vyörakenteesta. Saapuva [[Alkeishiukkanen|hiukkanen]] voi virittää [[Elektroni|elektronin]] valenssivyöltä joko johtavuusvyölle tai eksitonivyölle, joka sijaitsee hieman johtavuusvyön alapuolella ja on energia-aukon verran erillään valenssivyöstä. Tämä jättää liittyvän aukon taakseen, valenssivyölle. Epäpuhtaudet luovat sähköisiä tasoja kiellettyyn aukkoon. Eksitonit ovat löyhästi sidoksissa elektroni-aukkopareihin jotka vaeltavat [[Kidehila|kidehilan]] läpi kunnes epäpuhtauskeskukset sieppaavat ne kokonaan. Sen jälkeen jälkimmäisen [[viritystila]] purkautuu nopeasti, ja se lähettää tuikevaloa (nopean osan). Epäpuhtausaktivaattorit valitaan epäorgaanisten tuikelevyjen tapauksessa yleensä siten, että aineen säteilemä valo on [[Näkyvä valo|näkyvän valon]] alueella tai lähellä [[Ultraviolettisäteily|UV-säteilyä]], jolloin [[Valonvahvistin|valonvahvistimet]] ovat tehokkaita. Johtavuusvyön elektronien yhdistämät aukot ovat riippumattomia jälkimmäisestä. Epäpuhtauskeskukset, jotka ovat virittyneenä metastabiilissa tilassa eivätkä eksitonien saavutettavissa, sieppaavat nämä aukot ja elektronit peräkkäin. Metastabiilien epäpuhtauksien viivästynyt viritystilan purkautuminen, jonka hidastus johtuu riippuvuudesta matalan todennäköisyyden kiellettyihin mekanismeihin, lähettää taas tuikevaloa (hitaan osan).

Elektroluminesenssilaitteiden huononeminen riippuu käyttövirran [[Taajuus|taajuudesta]], luminanssitasosta ja lämpötilasta; myös kosteus lyhentää loisteaineen käyttöikää merkittävästi.

Kovemmat veteen liukenemattomat aineet, joilla on korkea [[sulamispiste]], eivät yhtä herkästi menetä luminesenssiaan käytön aikana.<ref name="advelectr">{{Kirjaviite|Tekijä=|Nimeke=Advances in electronics and electron physics|Vuosi=|Sivu=|Julkaisija=Academic Press|Isbn=978-0-12-014679-6}}</ref>

* Plasmanäytöissä käytettävä BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺-loisteaine (BAM) altististuualtistuu seostusaineen hapettumiselle pakkaamisen aikana. Tähän liittyy kolme mekanismia: happiatomien imeytyminen kiteen pinnan hapen tyhjiin sijoihin, Eu(II):n diffuusio johtavaa kerrosta myöten ja elektroninsiirto Eu(II):sta absorboituneisiin happiatomeihin, mikä johtaa Eu(III):n muodostumiseen, jolloin emissiivisyys vastaavasti vähenee.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=Moine, B|Otsikko=On phosphor degradation mechanism: thermal treatment effects|Julkaisu=Journal of Luminescence|Ajankohta=2005|Julkaisija=|Doi=10.1016/j.jlumin.2004.09.119|Bibcode=2005JLum..113..199B}}</ref> Ohut pinnoite [[Alumiinifosfaatti|alumiinifosfaattia]] tai lantaani(III)fosfaattia on tehokas tapa luoda vallikerros, joka estää hapen pääsyn BAM-loisteaineeseen, mutta se heikentää loisteaineen tehokkuutta.<ref>Lakshmanan, p. 171.</ref> Vedyn additio, joka toimii pelkistimenä, plasmanäytön argoniin pidentää merkittävästi BAM:Eu²⁺loisteaineen kestoikää pelkistämällä Eu(III)-atomit takaisin Eu(II)-atomeiksi.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=Fukasawa, Takayuki|Otsikko=|Julkaisu=Lifetime Improvement of BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ Phosphor by Hydrogen Plasma Treatment|Ajankohta=2009|Julkaisija=|Doi=10.1143/JJAP.48.092303|Bibcode=2009JaJAP..48i2303T}}</ref>

* ZnS ja CdS -loisteaineet heikkenevät metalli-[[Ioni|ionien]] sieppaamien elektronien aiheuttaman [[Pelkistyminen|pelkistymisen]] vuoksi. M²⁺-ionit pelkistyvät M⁺:ksi, sitten kaksi M+:aa vaihtavat elektoninelektronin ja muodostavat M²⁺:n ja neutraalin atomin. Pelkistyneen metallin voi nähdä loisteaineen kerroksen tummentumana.  Tummentuma (ja kirkkauden menetys) on verrannollinen loisteaineen elektroneille altistumiselle, ja sen voi havaita joiltakin kuvaputkilta, jotka ovat näyttäneet samaa kuvaa (esim. päätteen kirjautumisruutua) pitkän aikaa.<ref>{{Verkkoviite|osoite=http://tubedevices.com/alek/pwl/luminofory/luminofory.ppt|nimeke=PPT presentation in Polish (Link to achieved version; Original site isn't available)|ajankohta=|julkaisija=Tubedevices.com|arkisto=https://web.archive.org/web/20131228072818/http://tubedevices.com/alek/pwl/luminofory/luminofory.ppt|arkistoitu=2013-12-28|viitattu=2016-12-15}}</ref>

* Europium(II)-seostetut alkaliset maa-[[Aluminaatti|aluminaatit]] heikkenevät värikeskusten muodostumisen vuoksi.<ref name="advelectr">{{Kirjaviite|Isbn=978-0-12-014679-6}}</ref>

Loisteaineiden yleisesti kerrotut ominaisuudet ovat emissiohuipun [[aallonpituus]] (nanometreinä, tai vaihtoehtoisesti valkoisten seosten [[Värilämpötila|värilämpötilävärilämpötila]] [[Kelvin|kelvineinä]]), huipun leveys (nanometreinä 50% [[Intensiteetti|intensiteetillä]]) ja vaimenemisaika (sekunteina).

* Strontiumaluminaatti, jossa on aktivaattorina [[Europium|europiumia]], SrAl₂O₄:Eu(II):Dy(III), on uudempi aine, jonka kirkkaus on suurempi ja loisteaika huomattavasti pidempi. Se tuottaa vihreää ja vedensävyistä valoa: vihreän kirkkaus on suurin ja vedensävyisen loisteaika pisin. Kyseinen loisteaine on noin 10 kertaa kirkkaampaa, kauemmin hohtavaa ja kalliimpaa kuin ZnS:Cu.  Strontiumaluminaatin viritystilan aallonpituus vaihtelee välillä 200-450 nm. Vihreän version säteilemä aallonpituus on 520 nm, sinivihreän 505 nm ja sinisen 490 nm. Myös strontiumaluminaatilla voi tuottaa suurempia aallonpituuksia, mutta se heikentää kirkkautta.

Ensimmäiset loisteaineelliset [[Postimerkki|postimerkit]] otettiin käyttöön vuonna 1959 postinlajittelukoneiden tunnisteiksi.<ref>[http://www.stamp-shop.com/dummies/see-phosphor.html SEEING PHOSPHOR BANDS on U.K. STAMPS] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20151019005044/http://www.stamp-shop.com/dummies/see-phosphor.html|date=2015-10-19}}.</ref> Niistä on monia muunnelmia ympäri maailmaa, joissa on eri määriä loisteainetta.<ref>[http://www.gbmachins.co.uk/html/phosphor_bands.html Phosphor Bands] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170317231538/http://gbmachins.co.uk/html/phosphor_bands.html|date=2017-03-17}}.</ref> Postimerkkejä kerätään joskus sen mukaan, onko niissä loisteainetunniste tai onko ne [[Tulostin|tulostettu]] luminoivalle paperille vai eikö.

Elektroluminesenssia voidaan hyödyntää valonlähteissä. Ne säteilevät yleensä laajalle alueelle, joten ne sopivat nestekidenäyttöjen taustavaloiksi. Loisteaineen viritystila saadaasaadaan yleensä aikaan korkean intensiteetin [[Sähkökenttä|sähkökentän]] sovelluksella, yleensä soveliaan taajuuden kanssa. Nykyisin elektroluminesenssivalonlähteiden käyttö on vähenemässä, mikä johtuu niiden suhteellisen lyhyistä käyttöi'istä.

Jauhe- tai vaihtovirtaelektroluminesenssia käytetään mononissamonissa taustavaloissa ja yövaloissa. Monet yritykset myyvät brändättyjä EL-tuotteita kuten joissakin Timex-kelloissa käytettyä IndiGlota tai "Valoteippiä", joka on toinen tuotenimi elektroluminoivissa valosuikaleissa käytettäville materiaaleille. [[Apollo (avaruusohjelma)|Apollo-avaruusohjelmalla]] on annettu tunnustus, että se on ollut ensimmäinen merkityksekäs EL-taustavalojen ja -valaistuksen käyttökohde.<ref>{{Verkkoviite|osoite=https://www.hq.nasa.gov/alsj/tnD7290Lighting.pdf|nimeke=Archived copy|arkisto=https://web.archive.org/web/20161221230335/http://www.hq.nasa.gov/alsj/tnD7290Lighting.pdf|arkistoitu=2016-12-21|viitattu=2017-02-12}}</ref>

Valkoiset [[Loistediodi|loistediodit]] ovat yleensä sinisiä indiumgalliumnitridiledejä, jotka on pinnoitettu sopivalla aineella. Usein käytetään Cerium(III):lla seostettua yttriumalumiinigranaattia (YAG:Ce³⁺ tai Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺), joka imee sinisen valon ja säteilee vihertävästä valosta punertavaan, josta suurin osa on keltaista. Tämä keltainen säteily tuottaa yhdessä sinisen säteilyn kanssa valkoista valoa, joka voidaan muokata värilämpötilaltaan lämpimän kellertäväksi tai kylmän sinertäväksi valkoiseksi. Vaaleankeltaista säteilyä voi säätää korvaamalla [[cerium]] muilla harvinaisilla maatmetalleillamaametalleilla kuten [[Terbium|terbiumilla]] ja [[Gadolinium|gadoliniumilla]], ja sävyä voi muuttaa vielä enemmän korvaamalla YAG:n alumiini galliumilla kokonaan tai osittain. Tässä menetelmässä ei käytetä fosforenssia, vaan keltainen valo tuotetaan tuikemenetelmällä, jossa jälkiloisteen täydellinen puute on eräs menetelmän tunnuspiirre.

Jotkin harvinaisilla maametalleilla seostetut SiAlONit ovat [[Fotoluminesenssi|fotoluminoivia]], ja niitä voi käyttää loisteaineina. Europium(II):lla seostettu β-SiAlON absorboi UV-valoa ja näkyvää valoa ja emittoi voimakkastavoimakasta ja laajakaistaista valoa. Sen luminanssi ja väri eivät muutu huomattavasti lämpötilan mukaan, koska sillä on lämpötilastabiili kiderakenne. Sillä on hyvät mahdollisuudet loisteaineen vihreänä muunnoksena valkoisille loistediodeille. On olemassa myös keltainen muunnos (α-SiAlON).<ref>{{Verkkoviite|osoite=https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/english/NEWS_EN/20090915/175305/|nimeke=Sharp to Employ White LED Using Sialon|tekijä=XTECH|julkaisu=NIKKEI XTECH|viitattu=2019-01-10|kieli=en}}</ref> Valkoisissa ledeissä käytetään sinistä loistediodia joko keltaisen loisteaineen tai vihreän, ja keltaisen SiAlON-loisteaineen ja punaisen CaAlSiN3-pohjaisen loisteaineen kanssa.<ref>{{Lehtiviite|Tekijä=|Otsikko=Luminescence and temperature dependency of β-SiAlON phosphor|Julkaisu=Samsung Electro Mechanics Co|Ajankohta=2010|Julkaisija=|url=http://www.science24.com/paper/15977}}</ref><ref>{{cite news|url=http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20090915/175305/|title=Sharp to Employ White LED Using Sialon|date=Sep 15, 2009|author=Hideyoshi Kume, Nikkei Electronics|deadurl=no|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120223124648/http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20090915/175305/|archivedate=2012-02-23|df=}}</ref><ref>{{Lehtiviite|Tekijä=|Otsikko=New sialon phosphors and white LEDs|Julkaisu=Oyo Butsuri|Ajankohta=2005|Julkaisija=|url=http://sciencelinks.jp/j-east/article/200602/000020060205A1031052.php}}</ref>

[[Kuvaputki|Kuvaputket]] tuottavat lähetteen synnyttämiä valokuvioita tyypillisesti pyöreässä tai suorakulmaisessa muodossa. Kookkaita kuvaputkia käytettiin mustavalkoisissa kotitelevisioissa, jotka yleistyivät 1950-luvulla, sekä ensimmäisen sukupolven väri-[[Televisio|TV:issä]] ja ensimmäississäensimmäisissä [[Tietokonenäyttö|tietokonenäytöissä]]. Niitä käytettiin laajasti myös tieteen ja tekniikan kojeissa, kuten [[Oskilloskooppi|oskilloskoopeissa]], yleensä yksivärisen loisteaineen kanssa (yleensä vihreää). TälläistenTällaisten käyttökohteiden loisteaineilla on usein pitkä jälkiloiste, joka parantaa kuvan pysyvyyttä.

Sävykkyyttä voi kasvattaa monin tavoin ympäristön valon aiheuttaman kuvan heikkenemisen vähentämiseksi. Sen lisäksi, että ruudun käyttämättömillä alueilla on musta maski, värinäyttöjen loisteaineen hiukkaset on pinnoitettu sopivanvärisillä väriaineilla. Esimerkiksi punaiset loisteaineet pinnoitetaan rauta(III)oksidilla (korvasi entisen Cd(s,Se):n kadmiumin myrkyllisyyden vuoksi), ja siniset loisteaineet voidaan pinnoittaa merensinisellä CoO·nAl₂O₃:lla tai [[Ultramariini|ultramariinilla]] (Na₈Al₆Si₆O₂₄S₂). ZnS:Cu:iin pohjautuvia vihreitä loisteaineita ei ole pinnoitettu kellertävän värinsä vuoksi.<ref name="advelectr">{{Kirjaviite|Isbn=978-0-12-014679-6}}</ref>

Vihreänä käyteäänkäytetään Gd₂O₂Tb³⁺:aa terbium-aktivaattorilla. Sen väripuhtaus ja kirkkaus on sinkkisulfidia huonompia alhaisilla viritystiheyksillä, mutta se käyttäytyy suoraviivaisesti korkeissa viritysenergiatiheyksissä, kun taas sinkkisulfidi kyllästyy. Sekin kuitenkin kyllästyy, joten sitä voidaan korvata osin Y₃Al₅O₁₂:Tb³⁺:lla tai Y₂SiO₅:Tb³⁺:lla. LaOBr:Tb³⁺ on kirkasta mutta vedelle altista, heikkenemiseen taipuvaista ja sen kiteiden esteiden rakenne on levymäinen. Nämä ongelmat on ratkaistu, joten sen käyttö kasvaa aineen korkeamman lineaarisuuden vuoksi.

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

|-

* '''Y₂O₂S:Pr''', valkoinen (513 nm), 7 µs heikkeneminen, ei jälkiloistetta, mataenergisillematalaenergisille röntgensäteille