Activateur (phosphore) - Activator (phosphor)
Dans les luminophores et les scintillateurs , l' activateur est l'élément ajouté comme dopant au cristal du matériau pour créer le type souhaité de non-homogénéités.
En luminescence , seule une petite fraction d'atomes, appelés centres d'émission ou centres de luminescence , émet de la lumière. Dans les luminophores inorganiques, ces inhomogénéités dans la structure cristalline sont généralement créées par addition d'une trace de dopants , des impuretés appelées activateurs . (Dans de rares cas, des dislocations ou d'autres défauts cristallins peuvent jouer le rôle de l'impureté.) La longueur d'onde émise par le centre d'émission dépend de l'atome lui-même, de sa configuration électronique et de la structure cristalline environnante.
Les activateurs prolongent le temps d'émission (rémanence). À leur tour, d'autres matériaux (comme le nickel ) peuvent être utilisés pour éteindre la rémanence et raccourcir la partie de désintégration des caractéristiques d'émission de luminophore.
La configuration électronique de l'activateur dépend de son état d'oxydation et est cruciale pour l'émission lumineuse. L'oxydation de l'activateur est l'un des mécanismes courants de dégradation du phosphore. La distribution de l'activateur dans le cristal est également d'une grande importance. La diffusion des ions peut provoquer l'épuisement du cristal des activateurs avec une perte d'efficacité résultante. C'est un autre mécanisme de dégradation du phosphore.
Le processus de scintillation dans les matériaux inorganiques est dû à la structure de bande électronique trouvée dans les cristaux . Une particule entrante peut exciter un électron de la bande de valence vers la bande de conduction ou la bande d' exciton (située juste en dessous de la bande de conduction et séparée de la bande de valence par un écart d'énergie ). Cela laisse un trou associé derrière, dans la bande de valence. Les impuretés créent des niveaux électroniques dans l' espace interdit . Les excitons sont des paires électron-trou faiblement liées qui errent à travers le réseau cristallin jusqu'à ce qu'elles soient capturées dans leur ensemble par les centres d'impuretés. Ces derniers se désexcitent ensuite rapidement en émettant une lumière scintillante (composante rapide). Dans le cas de scintillateurs inorganiques , les impuretés de l'activateur sont typiquement choisies de sorte que la lumière émise soit dans le domaine visible ou proche des UV où les photomultiplicateurs sont efficaces. Les trous associés aux électrons dans la bande de conduction sont indépendants de cette dernière. Ces trous et électrons sont capturés successivement par des centres d'impuretés excitant certains états métastables non accessibles aux excitons. La désexcitation retardée de ces états d'impureté métastables, ralentie par le recours au mécanisme interdit à faible probabilité , entraîne à nouveau une émission de lumière (composante lente).
L'activateur est le principal facteur déterminant la longueur d'onde d'émission du luminophore. La nature du cristal hôte peut cependant influencer dans une certaine mesure la longueur d'onde également.
Plus d'activateurs peuvent être utilisés simultanément.
Des exemples courants d'activateurs sont:
- Cuivre , ajouté en concentration de 5 ppm au sulfure de zinc activé par le cuivre , utilisé dans les matériaux luisants dans les matières sombres et les luminophores CRT verts ; longue rémanence
- L'argent , ajouté au sulfure de zinc pour produire un luminophore / scintillateur utilisé dans les cadrans de radium , les spinthariscopes et comme luminophore bleu commun dans les CRT de couleur, et au sulfure de zinc- sulfure de cadmium utilisé comme luminophore dans les CRT noir et blanc (où le Le rapport ZnS / (Zn, Cd) S détermine la balance bleu / jaune du blanc résultant); courte rémanence
- Europium (II), ajouté à l' aluminate de strontium , utilisé dans les matériaux à haute performance lueur dans l'obscurité, très longue rémanence; avec d'autres matériaux hôtes, il est fréquemment utilisé comme émetteur rouge dans les tubes cathodiques couleur et les lampes fluorescentes .
- Cérium , ajouté au grenat yttrium aluminium utilisé dans les diodes électroluminescentes blanches , excité par la lumière bleue et émettant du jaune
- Thallium , utilisé dans les cristaux scintillateurs d' iodure de sodium et d' iodure de césium pour la détection du rayonnement gamma et pour la spectroscopie gamma
Un activateur nouvellement découvert est le Samarium (II), ajouté au fluorure de calcium. Sm (II) est l'un des rares matériaux rapportés qui offre une scintillation efficace dans la région rouge du spectre, en particulier lorsqu'il est refroidi par de la neige carbonique.