Термолюминесценция

ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, люминесцентное свечение в-ва, возникающее в процессе его нагревания. Обычно для появления термолюминесценции в-во необходимо предварительно возбудить УФ светом, ионизирующим излучением (g-квантами, рентгеновскими лучами, потоком электронов), электрич. полем, мех. воздействием. В нек-рых случаях термолюминесценция связана с образованием электронно-возбужденных состояний молекул в хим. р-циях (см. Хемилюминесценция). Термолюминесцируют неорг. в-ва, в т. ч. люминофоры разл. назначения (ламповые, телевизионные и пр.), лазерные кристаллы (напр., рубин, полупроводниковые кристаллы), стекла, мн. полимеры (полистирол, полиамиды, полиэтилентерефталат, полиоле-фины, фтор- и хлорсодержащие полимеры, все каучуки и др.).

При предварит. возбуждении в-ва при комнатной или более низкой т-ре в в-ве запасается энергия в виде пространственно разделенных неравновесных носителей заряда-дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, к-рые далее стабилизируются ("захватываются") на энерге-тич. 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 т-ры вплоть до неск. сотен °С 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 термолюминесценции на кривых зависимости яркости свечения от т-ры 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 термолюминесценции определяется энергетич. структурой ионизированных центров свечения. Вместе с тем форма кривых термолюминесценции 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 термолюминесценции используют для идентификации горных пород в месторождениях, при исследовании дефектообразования в технологии полупроводниковых и лазерных материалов, изучении структуры и св-в люминофоров, стекол и т. п. Один из наиб. эффективных вариантов метода-т. наз. фракционная термолюминесценция-состоит в постепенном повышении т-ры, 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. в-ва ИК излучением, высвобождающее локализованные электроны с наиб. активных уровней, что дает возможность выявлять другие, слабо заполненные ловушки.

Термолюминесценция 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 g-квантами или быстрыми электронами при т-ре 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.