现代照明及发光技术.ppt
《现代照明及发光技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《现代照明及发光技术.ppt(103页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、现代照明及发光技术 周桂江 西安交通大学理学院, 自然界发光现象 白光的表征及产生 传统照明技术 有机电致发光照明技术,主 要 内 容,自然界的发光现象, 物质的燃烧,有机物:,无机物:,石油 天然气 煤 .,活泼金属,与氧气发生 化学反应,光和热,能量, 热发光,黑体辐射:振动能量正比于振幅的平方,温度升高使分子振动 加剧,部分能量达到可见光区域。, 化学发光,是一种特异的化学反应,有机分子吸收化学能后发生 能级跃迁,产生一种高能级的电子激发态不稳定的中 间体,当其返回到基态而发出光子,即为化学发光。,分类,闪光型:时间很短零点几秒到几秒,辉光型:时间长从几分钟到几十分钟, 或几小时至更久。
2、,光,化学发光免疫测定是目前世界公认先进的标记免疫测定技术,化学发光免疫 分析技术具有高度的准确性和特异性,成为检验方法中最为重要的技术之一, 生物发光,生物体内的化学反应将化学能转化为光能而发光的现象, 即生物发光。大部分生物发光都与三磷酸腺苷有关。是由 荧光素酶与荧光素的化学反应引起的。,特点,颜色范围宽,可从红光到深蓝光,氧几乎是必需的条件,生物发光的化学反应似乎都是酶-底物反应,典型的发光生物,萤火虫,琵琶鱼,栉水母,发光菌类,腰鞭毛虫, 光致发光,一些物质在光的照射下,物质当中的电子吸收光能后 (激发)跃迁到更高的能量状态(激发态),处于激 发态的电子不稳定有返回原来的稳定状态(基态
3、), 多余的能量以光的形式放出(发射),产生发光现象 叫光致发光,光,典型的有机发光物质,典型的无机发光物质,稀土化合物,其优点是吸收能力强,转换率高,色纯度高 目前, 常见的无机荧光材料是以碱土金属的硫化物(如 ZnS、CaS) 铝酸盐(SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4)等作为发光基质,以稀土镧 系元素铕(Eu) 、钐( Sm) 、铒(Er) 、钕(Nd)等作为激活剂和助激活剂,CaS:Eu 红,CaS:Ce 绿,SrS:Ce 蓝绿,InGaN:蓝, 电致发光,又可称电场发光,简称EL,是通过加在两电极的电压产生电场, 被电场激发的电子碰击发光中心,而引致电子解级的跃进、变
4、化 、复合导致发光的一种物理现象。,它由背面电极层、绝缘层、发光层、 透明电极层和表面保护膜组成,利用 发光材料在电场作用下产生光的特性 ,将电能转换为光能。 目前电致发光的研究方向主要为有机材料的应用,光的表征及白光的产生, 光的表征,E = hc/,表征一个光源的四个物理量: 看起来亮吗?光度 什么颜色?色度 被照明物体的颜色看起来真实吗?显色指数 给人感觉是冷的还是暖和的?色温,光波和粒子二重性 电磁波:速度 c=3108 m/s, c= nl 频率 n (Hz), 波长 l (nm): 长波中波短波微波远红外近红外可见光紫外真空紫外,622-700,597-622,577-597,49
5、2-577,455-492,400-455,(nm),光度人对光亮度的视觉 光度与功率的不同在于它是视觉响应。相关的量以光度学量表示。,归一化的明视觉灵敏度曲线实线,V(l),据1924CIE和暗视觉灵敏度曲线虚线,V(l),据1951CIE,色度定量表述色彩 用称为三色值的数字表示颜色,基于多数色彩都可以用不超过3种适当的原色,例如红 R,绿 G 和蓝 B来模仿的实验事实。,1931CIE标准配色函数: 红x, 绿y, 蓝z,CIE色度图 自然界中存在的颜色,边界为单色光,用几种基色配色能够得到的色彩范围 用两种基色,能够得到色度图上两个基色的色坐标连线上的所有颜色;用三种或三种以上基色可以
6、得到这些基色连线形成的多边形内的所有颜色。多边形面积越大,能再现的色彩就越丰富。,显色性 不发光物体的颜色: 白光中一部分波长的光被物体吸收 不透明物体:反射 透明物体:透射,具有不同光谱而色坐标相同的光源称为同分异构光源。同分异构光源照明的物体可能产生不同的色觉。这种性质称为显色性, 用一个物理量显色指数Ra来描述。,经过对光源测量、计算得到显色指数。 如果光源的性质与黑体辐射一致,显色指数Ra=100,色彩再现性最好;Ra越小(甚至为负值),用它照明时,看到的物体色彩就越失真。,高显色指数光的显色性,低显色指数光的显色性,色温 Tc,以绝对温度K来表示,即将一标准黑体(如:铁)加热,温度升
7、高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝,逐渐改变,利用这种光色变化的特性,某光源与黑体的颜色相同时,我们将黑体当时的绝对温度称为该光源所发光之色温。,色温越高,光色越偏蓝;色温越低,越偏红色。一天中的光色随时间变化而变化。,10000 K 早晨的阳光(偏蓝的光),6000 K 中午的阳光,5000 K 下午的阳光,2000 K 黄昏的阳光(偏红的光),自 然 光,室内照明光, 白光的产生,白光的组成,白光棱镜折射,400 nm,700 nm,黑体辐射产生白光,粒子振动产生的辐射称为黑体辐射 黑体辐射的光谱,用上面的方法求出色坐标,不同色温T下黑体辐射源色度点的轨迹,两互补色或三基色交
8、叠,形成白色,400 nm,700 nm,430 nm,480 nm,490 nm,560 nm,500 nm,580 nm,595 nm,605 nm,配色产生白光,蓝-黄互补光混合,红-绿-蓝三基色光混合,满足照明要求白光的质量,色坐标CIEx,y越接近 (0.33, 0.33)越好,显色指数Ra大于80,色温Tc在25006500K之间,传统照明技术,照明的历史 照明需要光,科学技术发展使产生光的方法越来越方便,效率越来越高。但是,直到200多年前,照明技术发展极度缓慢,很多年、很多代的人一辈子都看不到照明方法有什么变化。 照明所用能源的进步 50万年 5万年 200年 100 年前 木
9、柴动植物或矿物油煤气或其他可燃性气体电,直到19世纪初,燃烧产生火焰一直是唯一的人造光。 燃烧是氧化过程,放出热量,高温使微粒中C原子热运动(振动)加剧。原子热运动的能量按照一定规律分布, 与温度有关。温度足够高时,部分能量达到可见光区域。,我们祖先对光的认识,燧人氏,火 是人类历史上第一件伟大的发明。由于它对人类发展的重要作用,在传说中,火的使用往往和民族的始祖或英雄相联系;在原始宗教中,火的发明者被作为神来供奉。,50万年以前,人类就已经广泛地使用火了。熟食在从猿到人的进化过程中起着重要的作用。原始人偶然拣起一片燃烧的木头用来照明,他们发明了第一个便携式光源火把。,北京人已有控制火的能力,
10、这是原始文化的一大转点。匼(ke)河及蓝田两遗址里,似乎都没有用火痕迹报导。 李济:踏入文明的过程中国史前文化鸟瞰,作为对人类历史的回忆,火炬这种最古老的照明器具现在还应用在庆典中。,毛细作用使燃料上升进入火焰,大大改善了热发光照明的效率。 考古发现表明,人类在七万到三万年以前开始使用石制的灯。之后是贝壳、陶和金属的灯。灯芯可能是人类有意识发明的第一个照明器件。,史前照明技术下一个重要进步灯芯,考古发现蜡烛在公元前8世纪就已出现(古罗马)。原理和灯芯相同,固体燃料(蜂蜡、牛油,后来是石蜡) 在火焰中熔化。 古文中的烛意为火炬,蜡烛最初是空心芦苇灌上蜂蜡做成的。最早的文字记载见诸西京杂记,广泛应
11、用经历了漫长的过程。,南越王献高帝(刘邦)石蜜五斛,蜜烛二百枚,白鹇黑鹇各一双。高帝大悦,厚报遣其使。 西京杂记(晋 葛洪,伪托汉 刘歆),蜡烛简史(据百度百科) 现在一般认为蜡烛起源于原始时代的火把 ,原始人把脂肪或者蜡一类的东西涂在树皮或木片上,捆扎在一起,做成了照明用的火把。也有传说在先秦上古时期,有人把艾蒿和芦苇扎成一束,然后蘸上一些油脂点燃作照明用,后来又有人把一根空心的芦苇用布缠上,里面灌上蜜蜡点燃。 大约在公元前3世纪出现的蜜蜡 可能是今日所见蜡烛的雏形,在西方,有一段时期,寺院中都养蜂,用来自制蜜蜡,这主要是因为天主教认为蜜蜡是处女受胎的象征,所以便把蜜蜡视为纯洁之光,供奉在教
12、堂的祭坛上。从现存文献看,蜜蜡在我国产生的时间大致与西方相同,日本是在奈良时代(公元710784年)从我国传入这种蜡烛的。 蜡烛的普及经历了一个很长的历史时期,西京杂记中记载,汉朝时南越向高帝进贡的贡品当中有蜡烛,有说法认为当时在寒食节禁火的时候君王赏赐给侯爵以上的官员、上品官员以蜡烛,说明当时的蜡烛极为稀少。到了南北朝时期蜡烛稍微应用得普遍了一些,但也主要是在上层社会,而不是一般的百姓家照明用的。唐朝时也记载了在晋州上贡时的贡品当中有蜡烛,另外唐朝的官员还专门设置一个官员来管宫廷蜡烛。宋朝记载有当时和西夏的边境贸易中,交易的用品就有蜡烛。蜡烛作为外贸、对外交换的一种东西,说明虽然当时用的比较
13、普遍,但还是比较珍贵的。到了明清,蜡烛才渐渐地走入了寻常百姓家,人们日常生活中使用的也比较多了。 和现代蜡烛相比,古代蜡烛有许多不足之处。唐代诗人李商隐有“何当共剪西窗烛”的诗句。诗人为什么要剪烛呢?当时蜡烛烛芯是用棉线搓成的,直立在火焰的中心,由于无法烧尽而炭化,所以必须不时地用剪刀将残留的烛心末端剪掉。这无疑是一件麻烦的事,1820年,法国人强巴歇列发明了三根棉线编成的烛芯,使烛 芯燃烧时自然松开,末端正好翘到火焰外侧,因而可以完全燃烧。 但蜡烛还有待进一步完善,它的材料一般是有许多缺点的动物油脂,解决这一难题的是法国化学家舍夫勒尔等人。1809年,他收到一家纺织厂的来信,请他分析、确定他
14、们寄来的一个软皂样品的成份。他拿着这封信思索了很长时间,心想:要研究肥皂 ,看来还得从原料油脂入手。经过大量实验,他发现,在一切油脂中,不论其来源如何,脂肪酸的含量均占95%,其余的5%则是皂化过程中生成的甘油。通过研究他认识了皂化过程的本质,同时还发现当时用油脂做成的蜡烛,由于里面有甘油 ,燃烧时火焰带烟,气味难闻。若改用硬脂酸 做成蜡烛,燃烧时不仅火焰明亮,而且几乎没有黑烟, 不污染空气。舍夫勒尔把他的发现告诉盖吕萨克 (Joseph Louis Gay-Lussac),并建议两人共同研究如何具体解决这个问题。他们用强碱把油脂皂化,再把得到的肥皂用盐酸分解,提取出硬脂酸。这是一种白色物质,
15、手摸着有油腻感,用它制成的蜡烛质地很软,价钱更加便宜。1825年,舍夫勒尔和盖吕萨克获得了生产石蜡硬脂蜡烛的专利。石蜡硬脂蜡烛的出现,在人类照明史上开创了一个新时代。后来,有人在北美发现了大油田,于是可从石油 中提炼出大量的石蜡,较理想的蜡烛因此在全球得到了普及、推广。 在古代尚未使用电力的情况下,蜡烛的照明作用尤为重要。但在高科技迅猛发展的今天,人们在日常生活中已经一般不再使用蜡烛了,蜡烛则更多的被赋予了感情色彩,例如情侣相约、生日晚餐、对亡灵的悼念、对未来的祈祷等等,特别是在纪念日和喜庆的日子里,人们便会点起蜡烛。,(宋) 马麟 秉烛夜游图 现存台北故宫博物院,古诗十九首 生年不满百(汉)
16、 生年不满百,常怀千岁忧。 昼短苦夜长,何不秉烛游?,摇曳的烛光,容易使人产生无尽的联想。蜡烛成了古代诗人表达感情的重要道具,出现在不少千古传唱的名句中。,当中国还沉湎于烛光的浪漫中时,欧洲开始了工业革命。工业革命带来了科学技术、也包括照明科学技术的进步,煤油灯 18世纪末Agrand发明,标志着近代照明技术的开端 具有置于两个同心管中的管状灯芯灯芯位置可调 火焰周围有一个玻璃灯罩改善了燃烧的空气供应使燃烧效率提高,光增强了10倍。,技术发明得到推广的几个要素: 依据基础理论 拉瓦锡:燃烧是由于空气中的氧 争取权威支持 向英王乔治三世演示 寻求法律保护 一项英国专利(1784) 19世纪,人们
17、对这种灯提出了大量的改进,包括油的供给方式,灯芯和灯头的设计,矿物油的应用。,道光年间(1821-1850)一盏这样的灯出口到中国,价值白银1斤,约相当于现在3000元。 “余于道光初在广州以银1斤买得大西洋铜灯用之,蓄油于上瓶而下注于横管,横管之末安为炷(灯蕊),螺旋之,其光可大可小。” 阮元,时任两广总督,1850年样式的煤油灯成为广泛使用的照明装置。如今,这种灯仍在没有电力供应的地区使用。,其实,用灯罩改善燃烧中空气供应的方法中国早在汉朝就有了。河北满城中山靖王墓中出土的长信宫灯就已采用了这种技术。,煤气灯 1772,Murdoch发明 19世纪初,用煤炭工业气体副产品煤气燃烧照明迅速在
18、城市中发展,用于家庭、工厂、公共场所以及街道照明。这种照明技术在西方应用了100多年。,我们对煤气灯的感性认识(如果有的话)大多来自福尔摩斯探案的影视 ,所以,它给我们的印象可能不是光明而是罪恶和恐怖。,据称上海是世界上第3个使用煤气灯的城市,但煤气灯从来没有进入中国广大地区,甚至没有进入上海的寻常百姓家。,灰光灯(lime light) 1826,Drummond 第一个固态照明装置 石灰(氧化钙)圆柱,在氢氧焰喷管无色的火焰中发出耀眼的光。 发光来自1820年发现的一种新效应非高温发光:离子被热激发,电子进入激发态,跃迁回到低能态时辐射发光。 在1860到1870年代,灰光灯用于剧院,直到
19、为电弧灯取代。,工人们在剧场中安装 灰光灯,汽灯 Welsbach用浸透了金属氧化物溶液的棉织物(1:99氧化铈和氧化钍)的纱网作为发光体。 汽油喷灯不发光火焰高温加热纱网燃烧后保留的氧化物网状骨架,和灰光灯类似,产生非高温发光。 二十世纪的前三十年中广泛应用,后来逐步为电照明取代。,汽灯,电照明,先进的原理和滞后的能源技术 19世纪初,英国人Davy用2000对伏打电池使两个碳棒电极之间产生电弧(气体放电效应);用电流加热一条导线使它炽热发光(电热效应)。比静电在汞蒸气中放电发光的效应的发现得还要早。 尽管作为电照明基础的这两种效应那时就已为人所知,随后人们也进行了大量的科学和工程研究,但当
20、时,依赖于电池的在仅经济上就是不可行的。 只有具备了一种经济地提供能源电的技术,电照明才可能发展。这个时刻终于来到了1870年比利时人Gramme发明发电机。,1876年,Yablochkov发明了第一个实用的电照明装置。由以绝缘石膏薄片分开的两条平行碳棒组成,寿命只有几小时。 这种装置很快被用来作为街道照明,并使电照明获得公众认可。,电照明开始实用,几年后,它们被高性能长寿命(可达1000小时)的碳弧装置代替。电弧灯作为道路照明一直用到20世纪二十年代,在两次世界大战中都用作飞机强光照明灯。它是现代高强度放电灯的始祖。,白炽灯 Edison和Swan是白炽灯丝灯最有成效、最卓越的发明家。 1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 现代 照明 发光 技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-3027424.html