Phosphoreszierender Wikipedia Schriftzug

Unter Phosphoreszenz versteht man die durch die sogenannte strahlende Desaktivierung hervorgerufene besondere Eigenschaft eines Stoffes, der nach einem Beleuchten mit (sichtbarem oder UV-) Licht im Dunkeln nachleuchtet. Dieses Phänomen beobachteten Alchemisten schon im 17. Jahrhundert .

Phosphoreszenz ist eine besondere Form der Lumineszenz (kaltes Leuchten). Sie unterscheidet sich vom ähnlichen Phänomen der Fluoreszenz darin, dass die Fluoreszenz nach dem Ende der Bestrahlung rasch (meist innerhalb einer millionstel Sekunde) endet, also kein Licht (im für den Menschen sichtbaren Spektrum ) weiteremittiert wird, wogegen es bei der Phosphoreszenz zu einem Nachleuchten kommt, das von Sekundenbruchteilen bis hin zu Stunden dauern kann.

Phosphoreszenz wurde nach dem chemischen Element Phosphor (Lichtträger) benannt. Elementarer weißer Phosphor phosphoresziert nicht. Phosphoreszierende Materialien können jedoch auch aus Phosphor hergestellt werden.

Dadurch, dass phosphoreszierende Materialien das Licht scheinbar speichern, werden sie auch „Leuchtstoffe“ genannt.

Erklärung

Phosphoreszenz ist ein Vorgang der Quantenphysik . Wird ein phosphoreszierender Stoff mit Lichtquanten ( Photonen ) beleuchtet, so geben diese Photonen ihre Energie an die Elektronen des Stoffes ab.

Die Elektronen vollziehen nun einen Quantensprung in ein höheres Energieniveau . Das Molekül geht von einem Singulettzustand in einen höherenergetischen Singulettzustand über. Dies wird anschaulich, wenn man es in einem sogenannten Jablonski-Diagramm darstellt. In diesem werden die einzelnen Energie- und Schwingungsniveaus dargestellt, die die Elektronen annehmen, wenn sie Energie aufnehmen bzw. abgeben.

Jablonski-Diagramm der Phosphoreszenz

Gewöhnlich kann das Elektron, welches bestrebt ist, in seinen unangeregten Zustand zurückzukehren, seine hinzugewonnene Energie abgeben; dies geschieht, indem das angeregte Molekül mit anderen Teilchen kollidiert und so Teile seiner Energie auf andere Teilchen überträgt. Auf dem Jablonski-Diagramm ist dies durch das Absinken des Elektrons in niedere Schwingungsniveaus eingezeichnet. Die Energie wird normalerweise als Wärme abgegeben, man bezeichnet diesen Vorgang als Schwingungsrelaxation.

Können die Teilchen ihre gewonnene Energie nicht vollständig an ihre Umgebung abgeben, kommt es dazu, dass die Elektronen ihre überschüssige Energie in Form eines Photons abgeben, also als Strahlung (Licht im weiteren Sinne). Bei der Phosphoreszenz läuft dieser Vorgang aber nicht ganz so ab, da die Lichtemission sonst wie bei der Fluoreszenz mit der Bestrahlung enden würde.

Es kommt nämlich nach einer üblichen Verweildauer von etwa 10^-8 Sekunden zu einem weiteren Quantensprung der Elektronen in ein metastabiles Energieniveau. Es ändert sich hierbei der Spin der Elektronen, wodurch das Molekül unter Änderung der Multiplizität von einem Singulett- in einen Triplettzustand wechselt; man nennt diesen Vorgang Interkombination (englisch: intersystem crossing). Die Verweildauer in diesem Zustand ist um einiges länger; sie beträgt Millisekunden bis hin zu Stunden.

In diesem Triplettzustand kommt es ebenso zu der Schwingungrelaxation, jedoch ist das Molekül in diesem angeregten Zustand „gefangen“, da eine Abgabe der Energie an die Umgebung nicht möglich ist. Der Triplettzustand kann im Grunde genommen nicht in einen Singulettzustand überführt werden, da eine Spinumkehr nicht möglich ist. Doch hier kommt es zu einer Ausnahme. Nämlich abermals zu einem verbotenen Interkombinations-Prozess, wie bereits beim Überführen des Singulett- in den Triplettzustand. Durch ihn kann eine schwache Strahlung emittiert werden. Die Energie wird nur allmählich abgegeben, was das typische Nachleuchten erzeugt.

Die Phosphoreszenz ist temperaturabhängig, da sowohl der Energieverlust durch Schwingungsrelaxation verstärkt wird als auch die Interkombination beschleunigt wird, wenn man dem System Wärmeenergie zuführt (siehe RGT-Regel ).

http://www2.uni-jena.de/chemie/institute/oc/weiss/phosphoreszenz.htm

Phosphoreszierende Materialien

Phosphoreszierende Materialien sind meist Kristalle mit einer geringen Beimischung eines Fremdstoffes, der die Gitterstruktur des Kristalls stört. Meistens verwendet man Sulfide von Metallen der zweiten Gruppe sowie Zink und mischt geringe Mengen von Schwermetallsalzen bei (z. B. Zinksulfid mit Spuren von Schwermetallsalzen)

Anwendungen

In der Philatelie

Bei der Herstellung von Briefmarken werden dem Papierbrei seit einigen Jahrzehnten phosphoreszierende Stoffe beigemengt. Manchmal wird das Material auch erst nachträglich aufgeschichtet. Dadurch leuchten die einzelnen Briefmarken, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt werden (im Dunklen) nach. Dies ist besonders wichtig für die automatischen Poststempelmaschinen. Dadurch kann die Maschine leicht erkennen wo die zu entwertenden Briefmarken auf dem Brief kleben und kann so die Poststempel auf die richtige Stelle abschlagen. Unfrankierte Briefe oder Postkarten können mit dieser Methode ebenfalls leicht ausgesondert werden.

Aus ähnlichen Gründen werden dem Briefmarkenpapier manchmal auch fluoreszierende Materialien beigemischt.

Sonstige

Phosphoreszierende Materialien werden weiters für Leuchtzeiger bei Uhren oder bei manchen Stickern verwendet.