Ультрафиолет — это часть спектра электромагнитного излучения, которая находится за границами нашего восприятия. Проще говоря — невидимое излучение. Но не совсем. Видимый нами свет ограничен длинами волн от 380 нм до 780 нм (нанометров). Длина волн ультрафиолета или ультрафиолетового излучения лежит в диапазоне от 10 нм до 400 нм. Получается, что все-таки мы можем видеть ультрафиолет — но только его малую часть, находящуюся в небольшом промежутке между 380 и 400 нм.
Все. Сухие факты закончились, начинаются факты интересные. Дело в том, что это еле видимое излучение на самом деле играет огромную роль не только в биосфере (об этом мы обязательно расскажем отдельно), но и в освещении. Проще говоря, ультрафиолет помогает нам видеть.
Ультрафиолет и освещение
Основное применение ультрафиолет нашел в светильниках. Электрические разряды заставляют светиться газ внутри люминесцентной лампы (или компактной люминесцентной лампы) в ультрафиолетовом диапазоне. Для того чтобы получить видимый свет , на стенки лампы наносится специальное покрытие из материала, который будет флуоресцировать — то есть светиться в видимом диапазоне — под воздействием ультрафиолетового излучения. Такой материал называется люминофором, и производители постоянно работают над улучшением его состава, чтобы повысить качество получаемого видимого света. Именно поэтому на сегодняшний день мы имеем неплохой выбор люминесцентных ламп, которые не только выигрывают у обычных ламп накаливания в энергоэффективности, но и производят достаточно приятный для глаза свет практически полного спектра.
Какие еще могут быть применения у ультрафиолета?
Существует целый ряд материалов, способных светиться в ультрафиолете. Эта способность называется флуоресценцией — ей обладают многие органические вещества. Кроме нее существует и так называемая фосфоресценция — ее отличие в том, что вещество испускает свет с более низкой интенсивностью, но продолжает светиться еще некоторое время (часто довольно длительное — до нескольких часов) после прекращения воздействия на него ультрафиолетового излучения. Эти свойства активно используются при изготовлении различных «светящихся в темноте» предметов и украшений.
Существует немало минералов, которые, будучи освещенными ультрафиолетовым светом, начинают сами светиться необычными яркими красками. При этом видимый, электрический свет должен быть выключен, а если вы желаете увидеть свечение в ультрафиолете днем — следует уйти в темную комнату и там светить на камень ультрафиолетовой лампой. Вы увидите чудесные картины, ярчайшие цвета и причудливые узоры…
Итак, у нас есть каменный шарик диаметром 6 см. Он состоит из нескольких минералов, голубой минерал — содалит. Точно определить минеральный состав трудно — для этого надо пилить шарик, делать из него шлиф толщиной в десятые доли миллиметра и смотреть под микроскопом (ну, не специалист я по щелочным породам, чтобы вот так на глаз…))
Но пилить шарик жалко. Поэтому ограничимся общим определением, уйдем в темноту, и… Включим ультрафиолетовую лампу. Такие лампы видели все — их используют в клубах, барах, иногда дома, как декоративное освещение. В свете этих ламп вискоза, хлопок, перо, бумага, светятся ярким голубым светом. Лампы дают длинноволновое ультрафиолетовое излучение.
В ультрафиолетовом свете наш камень преображается до неузнаваемости — светлые минералы начинают светиться ярким желтым светом, шарик кажется кружевным и полупрозрачным. В отдельных местах наблюдается свечение розовых и бирюзовых пятен. Эта картина чем-то похожа на снимки ночной Земли из космоса — яркие огни городов сливаются в сплошные пятна, вся Европа — светящееся море электрических огней…
Некоторые коллекционеры минералов собирают и такие, невзрачные в обычном свете, камни. Для них можно сделать специальную витрину или шкаф, а светильники расположить так, чтобы голубой свет лампы не бил в глаза, а светил только на образцы.
Собственно, сам ультрафиолет, ни коротковолновой, ни средневолновой, ни длинноволновой — глазу не виден. А лампы светят голубым (фиолетовым), так как они, наряду с ультрафиолетом, сохраняют видимую часть спектра.
Посмотреть, как светится в ультрафиолете гренландский содалит, можно .
Почему минералы светятся в ультрафиолете? Исследования химиков показали, что свечение создают химические элементы, имеющие не завершенные электронные оболочки атомов (элементы-люминогены).
Посмотрим в периодическую таблицу и увидим, что это металлы (группы железа) : собственно железо (трехвалентное), марганец, хром, вольфрам, молибден и уран. А также редкоземельные элементы — лантан, скандий, иттрий, церий и прочие. Ультрафиолет вызывает возбуждение электронов, и их вибрации приводят к излучению электромагнитных волн разной длины — света, который мы и видим.
Если свечение прекращается сразу после выключения лампы, то оно носит название флюоресценция или люминесценция . Но в некоторых минералах свечение прекращается только через несколько секунд, или минут после выключения, это явление называется фосфоресценция .
Минерал барит может светиться после воздействия ультрафиолета несколько часов (это обнаружил и описал Кашиаролла — алхимик из Италии в 1602 году). У него небыло электрической ультрафиолетовой лампы, но барит слабо светится в темноте даже после долгого пребывания на солнце.
Зеленоватый флюорит светится в ульрафиолете ярко-голубым светом (слева), а темно-зеленый апатит — слабым красноватым светом (справа)
Свечение может быть различным и ярким — всех цветов радуги. Вернее, свечение напоминает яркие неоновые огни большого города: желтые, синие, красные, фиолетовые, зеленые…
выставка минералов, светящихся в ультрафиолете
коллекция светящихся минералов
Одни и те же минералы могут светиться по разному — и по интенсивности, и по цвету. Это зависит от количества элементов — люминогенов .
Иногда свечение камней в ультрафиолете используется при поиске и обогащении полезных ископаемых. Например, ленту-конвеер с горной породой, в которой есть алмазы, освещают ультрафиолетом и руками выбирают алмазы, светящиеся ярко-голубым, светло-зеленым или желтым или другим светом. Голубым светится вольфрамсодержащий минерал шеелит. Урановые слюдки светятся зеленым, желто-зеленым и т. д.
Я использую стационарную лампу, обычный настенный светильник, купленный в электротоварах. Но существуют удобные переносные ультрафиолетовые лампы, работающие на батарейках. В России это редкая вещь. Но, думаю, в интернете можно найти магазин, который продает такие приборы, если не у нас, то за рубежом. И те, кто заинтересовался таким удивительным свойством камней, как флюоресценция, скоро найдут немало интересного в окружающем нас мире камня.
Свечение минералов в ультрафиолетовом свете (видео).
Мало кто знает, но вокруг нас постоянно происходит грандиозное световое шоу, которое мы, к сожалению, не видим. Дело в том, что многие членистоногие (насекомые, пауки и пр.) имеют одну интересную особенность: они светятся в ультрафиолетовом свете.
Светлячки и другие животные, наделенные способностью биолюминесценции, светятся за счет химической реакции, протекающей в специальных органах свечения. Это явление видели многие. А вот скорпионы, некоторые пауки и ряд родственных им организмов способны производить сине-зеленое свечение с помощью явления флуоресценции.
Флуоресценция паука-краба Молекулы экзоскелета (наружной оболочки) этих животных поглощают невидимый нашему глазу ультрафиолетовый свет (320-400 нм), после чего повторно излучают ультрафиолет уже в видимый нам голубоватый свет.
Оказывается, многие членистоногие светятся под ультрафиолетом Фотограф Ники Бей (его фотографии наряду с моими использованы в статье про ) сделал серию чудесных снимков биолюминесценции членистоногих, которыми я и проиллюстрировал этот текст.
Почему же членистоногие светятся в ультрафиолете?
Если коротко: для многих из флуоресцирующих животных мы не знаем почему. Есть много литературы про свечение различных членистоногих, основную мысль которой можно свести к: «Ого! Оно светится!!!».
Кивсяки тоже флуоресцируют в УФ-свете Правда, для скорпионов механизм этого свечения изучен более подробно.
У скорпионов наблюдается, так называемая, кутикулярная флуоресценция. В ней участвуют два соединения, находящиеся в эпикутикуле скорпиона: бета-карболин и 4-метил, 7-гидроксикумарин. Кумарин, кстати, используется в духах или как ароматизатор со вкусом корицы.
Флуоресценция скорпионов — очень красивое явление По поводу назначения флуоресценции скорпионов есть пара гипотез. Большинство насекомых могут видеть ультрафиолетовый свет, поэтому их мир выглядит совсем иначе, чем наш.
Паук Heteropoda sp. глазами человека и насекомого Согласно некоторым экспериментам, скорпионы могут использовать способность поглощать ультрафиолет для поиска убежищ. В ходе эксперимента на скорпионов надели крошечные очки, из-за которых животные не могли видеть глазами. Но как только включали УФ свет, животные достаточно быстро находили подходящие укрытия. По-видимому, ориентирование происходило за счет сигналов, получаемых от поверхностных покровов, которые поглощали ультрафиолет ( опубликована в журнале Animal Behaviour).
Возможно, ультрафиолет помогает скорпионам ориентироваться Согласно другой версии, свечение скорпионов в ультрафиолете является пережитком раннего девонского периода, когда землю населяли гигантские скорпионы и многоножки. Накопленные в покровах вещества, способные поглощать ультрафиолет и излучать голубой свет, могли защищать древних членистоногих от солнечных ожогов. По крайней мере, в молодых саженцах растений именно кумарин выполняет функцию солнцезащитного крема.
Большинство людей при вопросе «Что такое люминесценция?» вспоминают люминесцентные газоразрядные лампы. Действительно, это одно из наиболее известных применений яркого (в буквальном смысле) физического явления, а именно фотолюминесценции (возбуждения светом). В стеклянных трубках находятся пары ртути, возбуждаемые электрическим разрядом и излучающие в области ультрафиолета. Нанесенное на стенки трубки покрытие — люминофор — переводит ультрафиолет в видимое человеческим глазом излучение. В зависимости от типа люминофора цвет свечения может быть разным — это дает возможность выпускать лампы не только «холодного» и «теплого» света, но и разных цветов — красного, синего и др. Появившиеся в последнее время энергосберегающие лампы, превосходящие лампы накаливания в области видимого света, — это те же люминесцентные лампы, только сильно уменьшенные благодаря миниатюризации электроники. Другая разновидность люминесценции — катодолюминесценция. Именно она лежит в основе электронно-лучевых трубок: люминофор, покрывающий экран, светится под действием пучка электронов. Рентгенолюминесценция, например, используется при проведении флюорографии — покрытый люминофором экран светится под действием рентгеновского излучения.
Согласно определению, приведенному в Физической энциклопедии, люминесценция излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний. Первая часть определения отделяет люминесценцию от теплового равновесного излучения и показывает, что это понятие применимо только к совокупности атомов (молекул), находящихся в состоянии, близком к равновесному. При сильном отклонении от равновесного состояния говорить о тепловом излучении или люминесценции не имеет смысла. В видимой области спектра тепловое излучение становится заметным только при температуре тела в тысячи градусов, в то время как люминесцировать в этой области оно может при любой температуре, поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Вторая часть определения (признак длительности) была введена С.И. Вавиловым, чтобы отделить люминесценцию от различных видов рассеяния, отражения, параметрического преобразования света, тормозного излучения и излучения Черенкова-Вавилова. В отличие от рассеяния света, при люминесценции между поглощением и испусканием происходят промежуточные процессы, длительность которых больше периода световой волны. В результате этого при люминесценции утрачивается корреляция между фазами колебаний поглощенного и излученного света.
Быстро и медленно
После прекращения возбуждения люминесценция затухает. Если это происходит быстро, то процесс относят к флюоресценции (от названия минерала флюорита, у которого было обнаружено это явление), а если свечение продолжается длительное время — то к фосфоресценции. Флюоресценцию под действием света (видимого и УФ) можно часто наблюдать в быту — светятся красители маркеров, покрытие дорожных знаков и ткани спецодежды. Именно флюоресценция отвечает за то, что свежевыстиранная белая рубашка кажется на ярком солнечном свету «белее белого». И эффект этот не психологический. Просто стиральные порошки содержат специальные вещества, оптические отбеливатели, которые под действием ультрафиолета излучают видимый свет (обычно в сине-фиолетовой области). Этим объясняется и тот факт, что белая одежда светится под действием УФ-ламп в дискотеках. Медленно затухающая люминесценция (фосфоресценция) также весьма распространена в быту — вспомните циферблаты часов и стрелки других приборов (а также экраны старых осциллографов).
И другие
Кроме вышеупомянутых разновидностей существуют радиолюминесценция — под действием проникающей радиации (применялась в сцинтилляционных счетчиках), хемилюминесценция под действием химических реакций (включающая биолюминесценцию), кандолюминесценция (при механических воздействиях), лиолюминесценция (при растворении кристаллов), электролюминесценция (под действием электрического поля) и т. п. Некоторые из них вполне знакомы читателям. Например, свечение белого фосфора — результат хемилюминесценции: окисляясь под действием кислорода воздуха, светятся пары фосфора. Окислением объясняется и свечение пластиковых «фонариков» — химических источников света, только там используются не фосфор и кислород, а органический краситель и перекись водорода.
Секретных надписей нет
Люминесценция под действием ультрафиолета активно применяется для проверки подлинности различных документов, бланков и банкнот. Сейчас практически у любого кассира под рукой находится аппарат с УФ-лампой для проверки денежных купюр. Этот способ применяется с начала XX века, Роберт Вуд, знаменитый американский физик, экспериментировал с ним еще в конце Первой мировой войны. Вот как описывает это сам Вуд в книге своего биографа Вильяма Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории»:
…Они [Бюро главного цензора Британского военно-морского флота] гордо заявили мне, что изобрели бумагу, на которой невозможно сделать «невидимую» тайную запись. Ее продавали во всех почтовых отделениях, и письма, написанные на ней, можно было не подвергать никаким испытаниям. Эта бумага стала очень популярной, так как письма не задерживались цензурой. Это была обычная почтовая бумага, на которой были отпечатаны частые параллельные линии, розовые, зеленые и голубые. Красная краска разводилась в воде, зеленая в спирту, а голубая в бензине. На глаз бумага казалась серой. Так как практически любая жидкость, в которой растворены невидимые чернила, относится к одному из этих трех классов, одна из цветных линий растворится в бесцветной жидкости, стекающей с пера, и появятся следы надписи. Я вспомнил, что китайские белила получаются черными, как уголь, на фотографиях, сделанных в ультрафиолетовых лучах, и сказал: «Предположим, что я написал бы на ней тонкой палочкой китайскими белилами — тогда ни одна из линий не растворится, и все же надпись можно будет прочесть, если сфотографировать бумагу».
Метки, нанесенные невидимыми чернилами, светящимися в ультрафиолете, очень часто применяются для определения подлинности различных документов. Да и сама бумага, как правило, содержит волокна, светящиеся в ультрафиолете.
«О нет, — ответили они, — вы можете писать на ней даже зубочисткой или стеклянной палочкой без всякой краски. Цветные линии сделаны слегка мягкими или липкими, так что они смажутся и получатся темно-серые буквы. Вот вам стеклянная палочка — попробуйте сами!» (…)
Я сказал: «Хорошо. Все же я попытаюсь. Принесите мне резиновый штамп и немного вазелина». Мне принесли большой, гладкий чистый штамп военной цензуры. Я натер его вазелином, затем как следует вытер платком, пока он не перестал оставлять следы на бумаге. Затем я плотно прижал его к «шпионоупорной» бумаге, не давая соскальзывать в сторону.
«Можете ли вы обнаружить здесь надпись?» — спросил я.
Они испытали бумагу в отраженном и поляризованном свете и сказали: «Здесь ничего нет».
«Тогда давайте осветим ее ультрафиолетовыми лучами». Мы взяли ее в кабинку и положили перед моим черным окошечком. На бумаге яркими голубыми буквами, как будто к ней приложили штамп, намазанный чернилами, светились слова: «Секретных надписей нет».
Рынок строительных технологий не стоит на месте и периодически удивляет потребителей своими новинками. Одна из них – невидимая при дневном свете ультрафиолетовая краска, которую сегодня широко используют декораторы и дизайнеры.
Ее название невольно вызывает фантастические ассоциации, хотя на самом деле это вполне обычный материал для отделки помещений.
Виды
Ассортимент таких продуктов можно разделить условно на две группы:
- люминесцентные;
- флуоресцентные.
У каждой есть свои особые свойства, определяющие специфику их применения, а также широкая цветовая гамма. Основу данных материалов составляют нерастворимые и непрозрачные пигменты на алкидной или водной основе. Днем на светлых поверхностях их практически нельзя заметить, в тоже время на темных покрытиях они выглядят в виде белесых следов.
На пигментах несколько задержимся, так как при окрашивании любой поверхности хорошо бы знать о них больше информации. Например, каждое красящее средство обладает такой характеристикой как укрывистость, т.е. сколько требуется материала, чтобы покрасить условное количество единицы площади.
Если взять ультрамариновый пигмент, его потребуется примерно 50 г/1 м 2 . Кстати, не многие знают, из какого минерала получают ультрамариновую краску: натуральную из лазурита, а вот искусственным способом – из смеси каолина, глауберовой соли, соды, серы и угля.
Лазурь может быть самостоятельным оттенком или использоваться для усиления цвета. Теперь вы знаете, из чего изготавливается ультрамариновая краска — из какого минерала она впервые была получена, и всегда сможете правильно дать ответ.
Флуоресцентная
- Невидимая краска светящаяся в ультрафиолете,оттенки ярко кислотные.
- Цветовая гамма краски:
- лимонная;
- желтая;
- синяя;
- голубая;
- красная;
- коричневая;
- фиолетовая;
- горчичная;
- пурпуровая;
а также другие цвета.
- Невидимая черная акриловая краска не светится в лучах ультрафиолета, зато дает возможность создавать 3D тени на рисунках.
- Материал применяется для дизайна:
- жилых помещений;
- клубов;
- ресторанов;
- и украшения текстиля и спортивного инвентаря;
- сигнальных знаков.
Люминесцентная
Данный вид невидимой краски может накапливать световую энергию, которую потом постепенно отдает, светясь в темноте.
Длительность и интенсивность свечения зависит от:
- пигментов и их качества;
- интенсивности и времени светового облучения материала;
- цвета базового слоя;
- степени освещенности.
В обычном свете у нее бледный зеленоватый оттенок, зато в темноте начинает светиться ярко соответствующим цветом.
Люминесцентные краски могут быт:
- желтыми;
- синими;
- зелеными;
- фиолетовыми;
- оранжевыми;
- красными.
Невидимые люминесцентные краски могут светиться только такими цветами:
- сине-зеленым;
- зелено-желтым;
- синим.
Материал нашел свое применение в отделке интерьеров, его наносят своими руками на обои, а также другие декоративные покрытия, им украшают элементы декора, в том числе, плафоны, подсвечники и вазы.
Места применения
Для интерьера
Краска на акриловой основе разработана специально для защиты и оформления , обоев внутри помещений. Такие материалы высыхают очень быстро, имеют химическую и механическую стойкость, а также высокую эластичность. К каждой прилагается инструкция по применению.
Специальные добавки в составе препятствуют появлению на окрашенной поверхности плесени и грибков.
Используется для потолков и стен, изготовленных из плотных и пористых материалов:
- кирпича;
- цементно-известковых штукатурок;
- бетона;
- обоев.
Для металла
Они образуют глянцевое прозрачное покрытие.
Обладают:
- атмосферостойкостью;
- повышенной прочностью;
- устойчивостью к воздействию масел;
- моющих средств;
- некоторых растворителей на органической основе.
Имеют высокий уровень высыхания, используются для и снаружи помещений. Применяются в аэрографии, автотюнинге, для покраски автомобильных дисков, в декоре и дизайне экстерьеров и интерьеров.
Совет: при используйте огнезащитные краски по металлу Полистил.
Основы для краски
В настоящий момент невидимые люминесцентные и флуоресцентные краски могут быть на алкидной и водной основе.
Рассмотрим ниже их характеристики:
- На водной основе материалы не токсичны, их цена вполне доступна, не имеют специфический запах, поэтому гораздо чаще используются для отделки интерьеров жилых помещений и развлекательных заведений
. Кроме того, их можно с успехом применять и для оформления фасадов и других отделочных работ снаружи зданий.
Краски устойчивы к внешним воздействиям и не смываются дождем и снегом. Наносить их следует на предварительно обезжиренные деревянные, стеклянные, металлические, тканные и каменные поверхности. - Алкидная основа в большей степени может противостоять различным воздействиям, кроме того она не смывается с поверхностей моющими средствами . За счет токсичных испарений при высыхании, использовать такие краски следует при внешнем оформлении.
Например, использовать составы при украшении фасадов зданий, которые приобретут оригинальный внешний вид при соответствующей подсветке. Часто их применяют при оформлении входов в рестораны, спортивные клубы, дискотеки, бары и другие подобные заведения.
Вывод
Если вы хотите придать интерьеру комнаты или дому снаружи оригинальный вид, используйте для этого специальные светящиеся краски. Они бывают двух видов – флуоресцентные и люминесцентные, отличающиеся друг от друга особыми характеристиками. Видео в этой статье поможет вам найти дополнительную информацию по данной тематике.
