термолюминесценция

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

люминесцентное свечение вещества, возникающее в процессе его нагревания. Обычно для появления Т. вещество необходимо предварительно возбудить УФ светом, ионизирующим излучением (γ-квантами, рентгеновскими лучами, потоком электронов), электрич. полем, мех. воздействием. В некоторых случаях Т. связана с образованием электронно-возбужденных состояний молекул в химических реакциях (см. хемилюминесценция). Термолюминесцируют неорг. вещества, в т. ч. люминофоры разл. назначения (ламповые, телевизионные и пр.), лазерные кристаллы (напр., рубин, полупроводниковые кристаллы), стекла, мн. полимеры (полистирол, полиамиды, полиэтилентерефталат, полиолефины, фтор- и хлорсодержащие полимеры, все каучуки и др.).

При предварит. возбуждении вещества при комнатной или более низкой температуре в веществе запасается энергия в виде пространственно разделенных неравновесных носителей заряда-дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, которые далее стабилизируются ("захватываются") на энергетич. уровнях, обусловленных наличием специально вводимых или сопутствующих примесей, собств. дефектов кристаллич. структуры, а также отдельных функцион. атомных групп и макрорадикалов, обладающих, напр., положит. сродством к электрону. Повышение температуры вплоть до неск. сотен °C приводит к увеличению вероятности термич. высвобождения захваченных электронов и их избират. рекомбинации с ионизированными центрами свечения, что проявляется в виде пиков высвечивания в видимом, УФ или ИК диапазоне. Положение максимумов Т. на кривых зависимости яркости свечения от температуры определяется структурой центров захвата электронов ("ловушек"), форма и ин-тенсивность пиков высвечивания дают информацию об энергетич. "глубине залегания" уровней центров захвата относительно зоны проводимости. Спектр Т. определяется энергетич. структурой ионизированных центров свечения. Вместе с тем форма кривых Т. существенно зависит от условий опыта, в частности от скорости нагревания, вида, интенсивности и длительности предварит. возбуждения, а также определяется кинетикой рекомбинац. процессов (линейной или квадратичной по отношению к концентрации ионизированных центров свечения), что нужно учитывать при обработке и сопоставлении эксперим. данных.

Метод Т. используют для идентификации горных пород в месторождениях, при исследовании дефектообразования в технологии полупроводниковых и лазерных материалов, изучении структуры и свойств люминофоров, стекол и т. п. Один из наиб. эффективных вариантов метода — т. наз. фракционная Т. — состоит в постепенном повышении температуры, что позволяет четко разделить разл. уровни захвата электронов и надежнее определить энергетич. глубину залегания и т. наз. частотный фактор высвобождения электронов из ловушек, изменяющийся от 10⁴ до 19¹² с⁻¹. Используют также предварит. облучение неорг. вещества ИК излучением, высвобождающее локализованные электроны с наиб. активных уровней, что дает возможность выявлять другие, слабо заполненные ловушки.

Т. полимеров — чувствит. метод изучения разл. типов сегментальной подвижности и релаксац. процессов, диффузии низкомол. примесей, структурных переходов и т. п. Лучше всего исследована радиотермолюминесценция полимеров (метод РТЛ), стимулированная γ-квантами или быстрыми электронами при температуре жидкого азота (77 К). Поскольку вид кривой РТЛ зависит от структуры и предыстории образца, метод РТЛ используют при исследовании вулканизации, пластификации, ориентации полимеров и т. п. Изучение РТЛ в поле мех. напряжений позволяет выяснять мол. механизм вынужденной высокоэластичности. Положение максимумов на кривой РТЛ служит для определения состава и однородности смесей полимеров; напр., наличие полиэтилена, натурального или изопренового каучука в многокомпонентных смесях удается обнаруживать при их содержании 1–2%.

^{Лит.: Антонов-Романовский В.В., Кинетика фотолюминесценции кристаллофосфоров, М., 1966; Гурвич A.M., Введение в физическую химию кристаллофосфоров, М., 1971; Вонсяцкий В. А., Боярский Г. Я., в сб.: Новые методы исследования полимеров, К., 1975.}

_{Ю. П. Тимофеев}