Какую светящуюся краску выбрать для циферблата часов?
Перемешивают его с любым прозрачным лаком (можно даже с лаком для ногтей), предпочтительно с ювелирной смолой. Соотношение: 1:1 для нанесения в риски и цифры.
Для увеличения яркости свечения на 30-40% мы рекомендуем наносить люминесцентный состав на белый фон. Это позволяет сэкономить люминофор и получить то же свечение.
То есть, добавив 30% люминофора в лак, нанеся его на белую подложку в 2 слоя свечение будет таким же, как нанести 50% люминофора с лаком на темную подложку в 2 слоя. Во втором случае люминофор перекроет поверхность и тёмного фона видно не будет.
Если вам 100 г люминофора не нужно — есть возможность купить 10 г этого порошка по цене 250 ₽ за 10 грамм.
https://luminofor.ru/product/ljuminophor-povyshennoj-jarkosti-s-zhelto-zelenym-svecheniem-10-gramm-vodostojkij
При покупке 10 грамм в комментарии укажите, что нужна марка люминофора ЛДП-2мА(18).
Дополнительно купить люминофор ЛДП-2мА(18) = 10 г, 100 г или больше.
https://luminofor.ru/product/ljuminophor-povyshennoj-jarkosti-s-zhelto-zelenym-svecheniem-10-gramm-vodostojkij
При покупке 10 грамм в комментарии укажите, что нужна марка люминофора ЛДП-2мА(18).
Купив 20 г краски по 200 ₽ + люминофор 10 г за 250 ₽ = 450 ₽
за эти деньги вы получите светящийся состав, который можно наносить на циферблат.
Добавив самостоятельно люминофор к нашей краске, срок жизни краски в жидком состоянии сокращается до 1-2 часов. Поэтому желательно люминофор добавлять в то количество краски, которое планируете использовать за один раз.
Использовать светящуюся краску без добавления люминофора тоже можно, химических ловушек света на 1 единицу площади будет меньше, что сказывается на яркости и длительности свечения. Этот вариант подходит для настенных часов, где тонкий слой краски не так важен и можно нанести три слоя без проблем.
Как нанести люминофор на часы
Люминофоры
Многие современные часы умеют светиться в темноте, да еще и разными цветами. Как свет попадает в часы и как превращается в цвет – разберемся в данной статье.
Многие современные часы умеют светиться в темноте, да еще и разными цветами. Как свет попадает в часы и как превращается в цвет – разберемся в данной статье.
Никто не знает, когда человек впервые решил описать свет и зрение, но первые попытки датируются V веком до нашей эры. Тогда были высказаны идеи о том, что свет – следствие огня. Позже, в I веке до нашей эры, Тит Лукреций Кар озвучил предположение, что свет состоит из мельчайших частиц. В XVII-XVIII веках уже нашего времени были обнаружены волновые свойства света и шли споры об истинной его природе: волна он или частица? Были эксперименты, в которых свет вел себя как поток частиц, но были и другие опыты, где он вел себя подобно волнам. И лишь в XX веке, Луи де Бройль объединил волны и частицы для описания не только света, но и микромира вообще. Мы будем рассматривать свет как поток фотонов, где каждый фотон обладает собственной частотой – такой подход лучше всего отражает его двойственную природу.
Цвет света
Видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет и человек способен его воспринимать. В свою очередь, восприятие электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение. Видимый человеческому глазу свет определяется частотой фотона. Глаз воспринимает частоты от 400 ТГц, что соответствует красному цвету, до 790 ТГц (фиолетовый). Остальные цвета находятся между ними. Чем больше частота — тем больше энергия фотона.
Получается, что человеческий глаз чем-то похож на радиоприемник, только он принимает «станции» в диапазоне 440-790 ТГц. Все окружающие нас предметы либо испускают свет определенной частоты, либо отражают его. Солнце, например, излучает белый свет, который попадая в атмосферу Земли, теряет часть синих и фиолетовых фотонов за счет рассеяния в атмосфере, и до поверхности он доходит уже слегка желтоватым. Растения активно поглощают красные и синие фотоны, «вычитая» их из светового потока, поэтому выглядят зелеными.
Дети огня
Поскольку каждый фотон несет определенную энергию, получается, что при свечении вещество эту самую энергию теряет – она уносится фотонами. Откуда же взять энергию для свечения? Из закона сохранения следует, что она не может возникнуть из ниоткуда и исчезнуть в никуда, поэтому ни одно вещество не может светиться само по себе.
Первыми источниками света, с которыми познакомился человек, были Солнце и огонь, поэтому логично будет в начале рассказать о самом распространенном способе получения света – нагреве вещества. Горение – сложный физико-химический процесс, при котором могут возникать свободные радикалы и молекулы в электронно-возбуждённых и колебательно-возбуждённых состояниях. Цвет пламени определяется тем, на каких частотах идут квантовые переходы, вносящие основной вклад в излучение в видимой области спектра. Обычная свеча дает красноватый свет, а дуга сварочного аппарата — синеватый. Именно из-за того, что горение является одним из основных источников света и сопряжено с выделением высоких температур, для описания света используют еще и температурную шкалу в градусах Кельвина, которая легко для восприятия может быть наложена на герцевую линейку (рис. 1). С увеличением температуры нагрева в излучении тела будет преобладать цвета все с более высокой энергией, а спектр смещаться от красного к желтому, зеленому, синему и фиолетовому.
Самым распространенным источником света сегодня является лампа накаливания. В ней электрический ток вызывает нагрев и свечение спирали. Температура плавления вольфрама, из которого делают спирали, около 3600К (3400 С), поэтому цветовой спектр этих ламп смещен в сторону красного и лежит в районе 2700 К. Несколько большую температуру можно получить в галогенных лампах, отличающихся от обычных особой атмосферой внутри колбы. Среди всех используемых ныне источников света лампы накаливания имеют самый низкий КПД: до 95% энергии расходуется на производство тепла.
Помимо нагрева спирали, для получения света можно использовать электрический разряд в газе. Цвет будет зависеть от того, какой именно газ закачан в трубку. В кислороде разряд будет выглядеть лиловым, в водороде — розовато-красным, в аргоне — фиолетово-голубым. Очень ярко светятся желтым цветом пары натрия, их используют в натриевых лампах ночного городского освещения.
Источником света может быть как сам электрический разряд, так и вторичное излучение. Смесь фосфора с другими элементами, называемая люминофором, способна излучать свет под действием потока заряженных частиц. В телевизоре лампа-пушка бомбардирует экран электронами, и мы видим изображение. Такой же люминофор нанесен на внутреннюю поверхность ламп дневного света. Когда через пары ртути, которыми заполнена лампа, проходит электрический разряд, люминофор начинает светиться под действием испускаемых газом частиц. Благодаря тому, что в люминесцентных лампах не происходит выделения ненужного тепла, их КПД в разы выше ламп накаливания.
Свечение может наблюдаться при некоторых химических реакциях в присутствии красителя. Такие принципы свечения используют некоторые растения и животные, например, светлячки. Биолюминисценция возникает в результате соединения внутриклеточного кислорода с кальцием, молекулой аденозинтрифосфата (АТФ) и пигментом люциферином в присутствии фермента лоюциферазы. Свет, излучаемый светлячками — холодный. В отличие от обычной электрической лампы, где основная часть энергии переходит в бесполезное тепло, а КПД составляет 5-10%, насекомые переводят в видимое излучение 87-98% выделяемой в процессе химической реакции энергии.
Существуют и более экзотические переходы энергии в свет. Например, сонолюминесценция – эффект свечения микроскопических пузырьков жидкости, вызванный мощным ультразвуковым импульсом. Хотя некоторые исследователи считают, что истинный источник энергии в этом случае – нагрев микроскопического объема жидкости в момент схлопывания пузырька, этот феномен относят к отдельному виду люминесценции.
Наши сбережения
Помимо уже описанной люминесценции излучение способно вызывать свет и с помощью других механизмов. К примеру, в ночных клубах часто можно наблюдать элементы интерьера, которые светятся в темноте. На самом деле они отражают свет специальных фиолетовых или ультрафиолетовых ламп. Человеческий глаз слабо чувствителен к такому излучению, поэтому кажется, что эти лампы едва-едва светятся, хотя их мощность на самом деле достаточно велика, и при таком освещении глаза сильно устают. Краска же на элементах интерьера поглощает ультрафиолет и испускает, например, зеленый. Поскольку глаз очень чувствителен к зеленому, то создается впечатление, что краска светится сама по себе. Свойство вещества излучать свет под действием внешнего излучения называется флуоресценция. При выключении внешнего источника флуоресценция прекращается.
В отличие от флуоресценции процесс фосфоресценции не прекращается после отключения активирующей подсветки, а продолжается некоторое время. Фосфоресценция — это самый распространенный эффект, используемый для подсветки циферблатов и стрелок. Основные вещества, используемые в люминофорах этого типа — сульфид цинка ZnS и алюминат стронция SrAl2O4. Их основное различие заключается в запасаемом количестве энергии. Люминофоры на основе алюмината стронция могут поглотить приблизительно в 10 раз больше энергии, чем сульфид цинковые, этим обуславливается их более длительное свечение. Для активации таких люминофоров нужно использовать ультрафиолетовые источники излучения. Свет от Солнца, ламп накаливания и энергосберегающих ламп содержит в себе ультрафиолетовую составляющую и хорошо «заряжает» люминофоры. А вот синим, зеленым или красным светом активировать люминофор не удастся, энергии этих фотонов будет недостаточно.
Фосфоресцирующие люминофоры относительно недороги, являются химически и биологически инертными – а значит, безопасными для человека. Единственный их недостаток — малое время послесвечения у сульфид-цинкового люминофора и длительное время активации для алюминат-стронциевого. На часовом рынке подобные составы известны под марками Luminova, Superluminova и Lumibright. Два последних состава, по сути, представляют собой одно и то же, с той разницей, что Superluminova является швейцарским аналогом разработанного ранее в Японии Lumibright. Основной проблемой всех подобных составов является относительно небольшое время послесвечения, которое удовлетворит нужды гражданских лиц, но вот военных, профессиональных дайверов или спелеологов – с трудом.
АЭС в миниатюре
Чтобы сделать свечение непрерывным, необходимо обеспечить люминофор источником энергии. Таким источником может быть электрический разряд, а может – радиоактивный состав. Введенная в состав люминофора радиоактивная примесь будет излучать поток частиц, а люминофор, поглощая их, – поток фотонов. Такие составы называют светомассой постоянного действия (СПД). СПД обладает одним, но существенным недостатком – радиоактивное излучение вредно для человека.
До 70-х годов 20 века в качестве активирующего элемента СПД использовался радий-226. Период полураспада радия-226 – около 1600 лет. При распаде ядро радия превращается в ядро радона и испускает альфа-частицу и фотон со сверхвысокой энергией — гамма-квант. Эти частицы и являются источником энергии для свечения люминофора. Радон — это тоже радиоактивный элемент, который в нормальных условиях существует в газообразной форме и при рождении внутри светомассы выходит в атмосферу, представляя собой еще одну опасность.
Радий вреден уже в количествах, используемых в часах, а в промышленном масштабе его опасность возрастает многократно. К примеру, на территории советского союза было всего два предприятия, наносивших метки с использованием радиоактивных составов — в Чистополе и Челябинске. Часовые и приборные циферблаты, стрелки и шкалы отправлялись туда, там окрашивались и поступали обратно на производство.
Человек, работающий с прибором, у которого шкала покрашена СПД, находится под действием потока гамма-частиц и, возможно, повышенного содержания радона в воздухе. Именно поэтому такие составы сегодня используют преимущественно в военной технике, самолетах и некоторых специальных приборах, время контакта с которыми ограничено. Но находятся и такие люди, которые во что бы то ни стало, хотят носить с собой «свой кусочек» радиации. Гражданские часы Panerai Radiomir были изготовлены с использованием упомянутого выше радия, который обеспечил им прекрасную считываемость в любых условиях и хороший спрос среди тех, кому это качество было необходимо.
В наше время радий вытеснен более безопасным тритием – радиоактивным изотопом водорода. Если радий генерирует гамма-частицы, — наиболее опасный вид излучения, — то тритий — альфа-частицы, поток электронов, которые по своей природе не способны навредить человеку. Но поскольку тритий в нормальных условиях находится в газообразной форме, то его нельзя просто добавить в люминофор. Состав приходится заключать в запаянные стеклянные колбы. Все это выглядит как лампа дневного света в миниатюре: в стеклянный цилиндр, на внутреннюю поверхность которого нанесен люминофор, закачан тритий.
При распаде ядро трития превращается в ядро гелия и испускает электрон, этот электрон и активирует люминофор. Энергия электрона примерно равна той, что обладает электрон в трубке старого монитора и не представляет опасности для окружающих. Элементы тритиевой подсветки могут нанести вред, если капсулу проглотить, предварительно разжевав. Но даже в таком экстравагантном случае опасность гораздо ниже, чем при попадании в организм, к примеру, радия. Период полураспада трития – более 12 лет. В грубом приближении это означает, что яркость тритиевой подсветки через 12 лет будет составлять 50% от изначальной, а через 24 года — 25%. Составы на основе радия работают значительно дольше и ярче, но и свечения на основе трития более чем достаточно для адекватной считываемости показаний часов в темноте. Наиболее известные часы с использованием трития – Luminox, менее известны в России марки Traser и Ball.
Здоровое питание
С появлением кварцевых калибров вперед шагнула как сама часовая индустрия, так и перспективы организации подсветки, ведь теперь часы получили источник энергии — батарейку. Существует много различных принципов преобразования электричества в свет, но основное соревнование производителей идет в плоскости энергоэффективности.
Использование в часах ламп накаливания невозможно из-за их размеров, температуры, а, главное – крайне низкого КПД. Но на заре кварцевых часов были разработаны модели с так называемым LED-индикатором – газоразрядными лампами, которые при нажатии на кнопку высвечивали текущее время. Первой такую модель на рынок предложила американская Pulsar, позже ставшая частью концерна Seiko.
Появление светодиодов позволило значительно снизить энергопотребление и увеличить эффективность освещения циферблатов. Их КПД значительно выше, чем у ламп накаливания, к тому же светодиоды позволяют получить любой оттенок. Однако и в этом случае потребление энергии осталось слишком высоким, к тому же светодиоды и лампы накаливания – точечные источники света и не позволяют равномерно залить циферблат. Для улучшения равномерности подсветки и уменьшения толщины часов светодиоды устанавливают в торце экрана и используют специальные подложки. Чем больше толщина подложки, тем более равномерным будет световое поле. Однако большая толщина экрана не всегда приемлема для часов, к тому же подложка поглощает часть света, что уменьшает общий КПД системы.
Самый тонкий дисплей можно получить, используя электролюминесцентную подсветку. Ее основой является тонкая пленка, расположенная под циферблатом. Внутри пленки находится люминофор, способный излучать свет под влиянием проходящего через пленку тока. Такая подсветка тонкая и может генерировать различные цвета, но и она обладает недостатками. Во-первых, время жизни электролюминофора ограничено и со временем такая система будет терять яркость. Средний срок ее службы до потери половины яркости зависит от выбранной мощности и составляет 3-5 тысяч часов. В отличие от радиоактивных подсветок, электролюминесцентная работает только при нажатии кнопки, поэтому степень ее деградации будет зависеть от частоты использования. Во-вторых, этот тип подсветки требует высокого напряжения, для получения которого в часы встраивают миниатюрный преобразователь. Он хоть и незначительно, но увеличивает габариты часов и является дополнительным устройством, не отличающимся надежностью.
Наиболее «раскрученными» на рынке часами с электролюминесцентной подсветкой являются Timex. В начале 90-х компания разработала уникальную мягкую сине-зеленую подсветку Indiglo, которая обеспечивает больший контраст между цифровыми обозначениями и фоном циферблата. Совсем недавно компания обнародовала новость о разработке нового типа подсветки с еще более высокой контрастностью.
Многие производители часов превращают технологию подсветки в уникальное торговое предложение, двигая прогресс вперед, увеличивая яркость, контрастность, срок службы и уменьшая вредное воздействие часов на человека. Возможно, уже совсем скоро мы узнаем о новых технологиях, которые, обязательно превзойдут современные и станут новым витком в развитии часовой индустрии.
Автор: Андрей Ивлев
При перепечатке активная ссылка обязательна
105 [Catalogue_ID] => 1 [Parent_Sub_ID] => 0 [Subdivision_Name] => Статьи [Template_ID] => 23 [ExternalURL] => [EnglishName] => articles [LastUpdated] => 2024-02-01 12:02:58 [Created] => 2016-09-26 11:34:35 [LastModified] => 2024-02-01 12:02:58 [LastModifiedType] => 1 [Hidden_URL] => /articles/ [Read_Access_ID] => 1 [Write_Access_ID] => 3 [Priority] => 3 [Checked] => 1 [Edit_Access_ID] => 3 [Checked_Access_ID] => 3 [Delete_Access_ID] => 3 [Subscribe_Access_ID] => 0 [Moderation_ID] => 1 [Favorite] => 0 [TemplateSettings] => [UseMultiSubClass] => 1 [UseEditDesignTemplate] => 0 [DisallowIndexing] => 0 [Description] => [Keywords] => [Title] => [ncH1] => [ncImage] => [ncIcon] => [ncSMO_Title] => [ncSMO_Description] => [ncSMO_Image] => [Language] => ru [DisplayType] => inherit [LabelColor] => purple [Cache_Access_ID] => 0 [Cache_Lifetime] => 0 [Comment_Rule_ID] => 0 [SitemapPriority] => 0.5 [SitemapChangefreq] => daily [IncludeInSitemap] => 1 [img] => [Pic] => [AlterTitle] => [MainMenu] => 1 [SubMenu] => 0 [SectionText] => [MainArea_Mixin_Settings] => [ncDisallowMoveAndDelete] => 0 [_nc_final] => 1 [img_name] => [img_url] => [img_preview_url] => [img_size] => [img_type] => [img_download] => [img_fs_type] => [Pic_name] => [Pic_url] => [Pic_preview_url] => [Pic_size] => [Pic_type] => [Pic_download] => [Pic_fs_type] => [ncIcon_name] => [ncIcon_url] => [ncIcon_preview_url] => [ncIcon_size] => [ncIcon_type] => [ncIcon_download] => [ncIcon_fs_type] => [ncImage_name] => [ncImage_url] => [ncImage_preview_url] => [ncImage_size] => [ncImage_type] => [ncImage_download] => [ncImage_fs_type] => [ncSMO_Image_name] => [ncSMO_Image_url] => [ncSMO_Image_preview_url] => [ncSMO_Image_size] => [ncSMO_Image_type] => [ncSMO_Image_download] => [ncSMO_Image_fs_type] => [_db_inherit_Template_ID] => 22 [_db_inherit_Read_Access_ID] => 1 [_db_inherit_Write_Access_ID] => 3 [_db_inherit_Edit_Access_ID] => 3 [_db_inherit_Checked_Access_ID] => 3 [_db_inherit_Delete_Access_ID] => 3 [_db_inherit_Moderation_ID] => 1 [_db_inherit_LastModifiedType] => 1 [_db_inherit_SitemapPriority] => 0.5 [_db_inherit_Language] => ru [_db_inherit_IncludeInSitemap] => 1 [_db_inherit_SitemapChangefreq] => daily [_db_inherit_DisallowIndexing] => 0 ) —>
Светящиеся часы
Светящиеся часы — способны автономно светиться в темноте после выключения света или перехода в более темное помещение. Наручные часы с самосветящимся стрелками или циферблатом — это новый тренд современного мира, который во многом дополняет индивидуальный стиль каждого человека.
Попытки сделать светящимися стрелки часов существовали достаточно давно. Однако, в то время в качестве основного светогенерирующего вещества использовался оксид цинка или другие подобные вещества. Этот материал производители часов наносили на стрелки или на циферблат в надежде заставить их показывать время в темноте. Из-за слабой пиковой яркости свечения люминофора на основе оксидов цинка увидеть время удавалось в полной темноте после того как человеческий глаз полностью привыкнет к условиям мрака. Это явное неудобство снижало эффективность задумки светящегося в темноте циферблата практически до нуля.
Такая ситуация наблюдалась до момента создания компанией Нокстон качественного люминофора на основе оксидов алюминия. Новый вид люминесцентного пигмента от производителя гарантирует высокую пиковую яркость и гораздо более длительное послесвечение в сравнении со всеми предыдущими видами люминофора. Сейчас ведутся разработки нового типа сырья, который обеспечит еще большую яркость люминесценции.
Сегодня после выключения света стрелки, циферблат или корпус часов, обработанный светящейся в темноте краской Нокстон или самим люминофором ТАТ 33, ярко светятся в темноте после выключения света. Такие наручные часы можно легко использовать как подсветку (чтобы осветить замочную скважину или найти нужную вещь в сумке). Все это стало возможным благодаря использованию современного люминофорного пигмента, разработанного нашей компанией. Фото светящихся часов Вы можете увидеть ниже на картинках. Большая яркость самосвечения сохраняется годами и не уменьшается со временем. По сути, Вы получаете вечные люминесцентные часы.
Следует отметить, что не только наручные часы можно сделать светящимися в темноте. Компания Нокстон выделяет несколько видов светонакопительных часов:
- Люминесцентные наручные часы — чаще всего самосветящимися делают именно стрелки часов вместе с метками, которые обозначают количество часов. Реже производители часов делают люминесцентным весь циферблат.
- Светящиеся в темноте настенные часы — оригинальная идея. Сразу после выключения света и спустя пару часов Вы будете точно знать время. Основной плюс этой новой технологии — отсутствие затрат электроэнергии.
- Светонакопительные песочные часы — в этом случае светогенерирующим может быть не только стеклянное покрытие или фиксаторы песочных часов. Для отсчета времени можно использовать даже светящийся песок, который будет медленно переходить в темноте из одной емкости в другую. Часто этот тип часов используется как оригинальный подарок, новый тип сувенирки.
- Механические часы — более 80% всех светогенерирующих часов делаются на основе именно этого типа наручных часов. Это классика, и она будет существовать всегда. Чтобы купить светящиеся часы механического класса, обратитесь в нашу службу поддержки.
- Электронные часы — около 18% всех люминесцентных часов электронные. Особенно интересны новые и оригинальные модели наручных часов, которые способны к самосвечению в темноте.
- Солнечные часы (на основе фотоэлементов) обычно не делают светящимися (доля рынка менее 2%). Они используют, по сути, новый тип энергии. Noxton считает, что со временем ситуация будет меняться и светящихся в темноте солнечных часов будет все больше.
Основа: Часы со светящимся циферблатом или стрелками сделаны на основе люминофора от производителя — фирмы Нокстон.
Назначение: Самосветящиеся стрелки часов всегда позволяют определить время в темноте или плохо освещенном месте.
Свойства: Наручные часы способны люминесцировать в темноте до 6 часов с учетом угасания. Наилучший эффект послесвечения проявляется в течение первого часа после прекращения зарядки. Накопления энергии света происходит от любого источника: солнце, лампа, ультрафиолет, лампочка, фонарик, зажигалка и т.д.
Рекомендации: Чем темнее место, тем ярче самосвечение часов. Однако, люминесценция будет наблюдаться каждый раз, когда человек заходит в менее освещенное место.
Цвета свечения: Зеленый (основной), голубой.
Экология: Не радиоактивно, не токсично.
Дополнительные свойства: Наручные часы могут быть также ударопрочными и водонепроницаемыми (смотрите пометки на крышке с обратной стороны).
Срок службы: Без ограничений.
Интересные факты о светящихся часах:
- Люминесцентные часы способны показать отчетливо время даже под водой в темное время суток.
- Из-за особенности расположения самосветящихся стрелок в 11.00 или 13.00 наручные часы будут выдавать максимальную яркость свечения.
- Время на настенных часах в темноте отчетливо видно даже с противоположного конца комнаты (потенциально с расстояния до 20 м).
- Солнечные часы — одно из самых давних изобретений человечества.
Noxton Technologies сообщает, что некоторые типы часов можно сделать светонакопительными своими руками.
Например, настенные механические или электронные часы можно заставить люминесцировать в темноте, если покрасить циферблат или стрелки светящейся краской для металла.
Ничего сложного в этом нет. Для покраски используется кисть или пульверизатор. Инструкции предоставляются.
Фирма Нокстон ищет дилеров в других регионах. Вы можете начать свой бизнес с нуля вместе с лидером на рынке люминесцентных технологий.
Оригинальные наручные или настенные часы отлично сочетаются с другими продуктами нашей компании, например, с декоративными светящимися цветами, оригинальными люминесцентными футболками.
Для того, чтобы узнать цены на люминофорные часы с эффектом послесвечения, перейдите на страницу «Прайс-лист».
Светящиеся циферблаты
Диву дался тут Иван.
«Что, — сказал он, — за шайтан:
Шапок пять найдется свету,
А тепла и дыма нету,
Эко чудо-огонек!
П. П. Ершов. Конек-горбунок
Далеко не все представляют себе, почему часы светятся. Не раз приходилось объяснять — устно и письменно, — что нет, элемент фосфор тут ни при чем. Светом часы обязаны люминофорам — веществам, способным отдавать в виде излучения избыток энергии, которую они получили при возбуждении, или, если хотите, подзарядке, скажем, видимым светом либо ультрафиолетовыми лучами. Довольно часто задают и такой вопрос: не вредно ли это свечение для здоровья? Здесь рассказывается о тех люминофорах, которые наносят на циферблаты и стрелки, о том, из чего их делают и как; коротко сказано и о гигиенической стороне дела.
Впитывающие солнечные лучи
Науке и практикам известно много разных люминофоров. Например, биолюминофоры (возбудитель энергии — биохимическая реакция); электролюминофоры, которые начинают светиться под действием электрического разряда; хемилюминофоры, возбуждаемые химическими реакциями, и многие другие. В часовой промышленности используют только малую часть их, а именно фотолюминофоры и радиолюминофоры.
Если вещество после возбуждения излучает лишь миллиардные доли секунды, то такое свечение называют флюоресценцией (слово происходит от названия плавикового шпата — флюорит; некоторые разновидности его светятся). Когда же вещество испускает лучи минуты, часы, дни, то это явление именуют фосфоресценцией, а светящиеся материалы — фосфорами. Как и название химического элемента, это слово происходит от греческого «фосфорос» — светоносный.
Термин «фосфор» применительно к люминесцирующим веществам появился в середине XVII века — после того, как было обнаружено, что после прокаливания некоторые минералы приобретают способность как бы впитывать солнечные лучи, а потом в темноте их испускать. В 1612 году такими минералами заинтересовался Галилей; он оставил нам одно из первых описаний фосфоресценции, однако причину этого странного явления объяснить не смог.
Прошло еще 250 лет, прежде чем удалось разгадать загадку светящихся камней. В семидесятых годах прошлого столетия английская фирма «Бальмен» начала промышленное изготовление бальменовской светящейся краски. Как и положено, состав ее был секретом фирмы. Однако вскоре он был разгадан французским химиком Вернейлем. Ученый установил, что основа краски — сернистый кальций, а свойство светиться она приобретает благодаря ничтожной примеси солей висмута. Сейчас такие примеси называют активаторами.
Электроны в ловушке
Люминофоры, или кристаллофосфоры, состоят из основы и активатора (например, сернистого кальция и солей висмута, как в бальменовской краске; существует множество других сочетаний). Однако способностью светиться обладает не весь люминофор, а лишь некоторые участки его, так называемые центры свечения, или центры фосфоресценции. Это места, где в кристаллической решетке основы есть нарушения. Вот как они возникают: смесь основы и активатора подвергают термической обработке; тогда строго определенное количество примеси входит в решетку основы и происходит их совместная кристаллизация; там, где это произошло, кристаллическая решетка оказывается нарушенной. Кстати, было обнаружено, что проникновение примеси облегчают легкоплавкие соли — плавни, поэтому при изготовлении люминофора их специально вводят в реакционную массу.
В кристаллофосфоре существуют три энергетические зоны; отличаются они тем, в какой степени их энергетические уровни заполнены электронами; отсюда и название зон: заполненная, или валентная (I), запрещенная (II), незаполненная, или зона проводимости (III). Вероятность попадания электронов идеального кристалла в зону II ничтожно мала, поэтому она и называется запрещенной. Когда же в решетку внедряются специальные примеси — активаторы, то в местах их вхождения в решетку картина изменяется: в зоне II появляются новые уровни — центров свечения (Ц) и ловушек (Л), в которые могут забираться электроны люминофора.
На самом деле, конечно, никаких реальных ловушек тут нет, просто в таком энергетическом состоянии электрон может оставаться довольно долго и после прекращения возбуждения кристалла; природа этого явления до конца еще не ясна. Под действием тепловых колебаний решетки электроны постепенно высвобождаются из ловушек, теряют энергию, и люминофор светится. Было замечено, что длительность послесвечения тем больше, чем ниже расположена ловушка, то есть чем больше энергии требуется для освобождения электрона.
Под действием видимого света или ультрафиолетовых лучей, от соударения с быстро движущимися заряженными частицами (например, альфа- или бета-) электроны люминофора возбуждаются и перемещаются на уровни с более высокой энергией. Возвращаясь затем в исходное состояние, электроны излучают избыток энергии в виде квантов света. Простым глазом мы видим не отдельные вспышки, а сплошной поток света, а вот через лупу можно наблюдать и единичные сцинтилляции, хотя длительность каждой — около 0,00005 секунды.
Стрелками обозначены основные переходы, объясняющие послесвечение люминофора:
1 — ионизация люминофора возбуждающим излучением или частицами
2 — захват электрона в ловушку:
3 — высвобождение электрона под действием тепловых колебаний
4 — переход электрона на центр свечения с излучением кванта света
Люминофоры-долгожители
Люминофоры подразделяют на временные и постоянно действующие. Вспомните елочные игрушки, покрытые люминесцентными красками. В состав таких красок входят короткоживущие люминофоры. Лампы выключены. Игрушки светятся ярко. Но через некоторое время их уже не видно. Если опять включить свет и затем выключить, игрушки снова загорятся.
Основу светящихся составов временного действия составляют сернистые соединения цинка, кальция, кадмия, стронция, бария. Их прокаливают с ничтожными количествами солей тяжелых металлов: меди, марганца, висмута. Одни люминофоры светятся голубым светом, другие — красным, третьи — зеленым.
Цвет люминофоров в отраженном дневном свете и цвет их свечения чаще всего не совпадают
Для часов неудобны люминофоры, светящиеся недолго (хотя раньше, а иногда, к сожалению, и сейчас некоторые предприятия такие вещества все-таки используют). Циферблаты должны быть различимы по крайней мере спустя 10—12 часов после освещения. Среди люминофоров временного действия такие составы есть Например, стронций-сульфидный люминофор; он излучает свет около 12 часов без подзарядки. Но у этого вещества есть существенный недостаток: в присутствии влаги происходит гидролиз сульфида стронция и выделяется сероводород — агрессивный газ, разъедающий механизм часов.
В часовом деле все больше применяют люминофоры постоянного действия. К таким долгожителям относятся радиолюминофоры. В их состав, кроме обычных основы и активатора, входит еще и источник энергии — радиоактивное вещество. Люминесцентные смеси такого рода не нуждаются в периодическом освещении: люминофор заставляют работать заряженные частицы, испускаемые радиоактивной добавкой.
К радиоактивным добавкам в часовой промышленности предъявляют строгие требования. Вначале в люминофоры вводили соединения радия-220. Но период его полураспада — 1500 лет. Часы старели, ломались, а циферблат продолжал оставаться источником радиоактивного излучения. В дальнейшем стало ясно, что в люминесцентных составах более приемлемы в качестве источников энергии тритий, прометий-147, углерод-14. Живут они около 10 лет. К тому же эти вещества испускают мягкие бета-лучи, что тоже очень важно.
Чем больше радиоактивного вещества добавляется в фосфоресцирующую массу, тем она ярче светится. Но постоянная бомбардировка заряженными частицами не проходит для самого люминофора бесследно. Если частиц слишком много и они несут слишком большую энергию, центры свечения фосфоров быстро разрушаются. Пустили жильцов в дом, а они его развалили. Поэтому из радиоактивных веществ берут те, что испускают бета-лучи: во-первых, они меньше разрушают люминофор, а, во-вторых, их почти полностью поглощают корпус и стекло часов.
К люминофорам предъявляют жесткие санитарно-гигиенические требования. В свое время была тщательно замерена величина радиоактивного излучения от циферблатов со светомассой постоянного действия, и медики пришли к выводу, что носить часы с такими люминофорами можно, угрозы для здоровья они не представляют. Однако полностью не были решены проблемы производственной вредности: как наносить светящиеся составы, соблюдая при этом правила техники безопасности; куда девать отходы; как хранить большие партии таких часов. Это привело к тому, что в 1958 году в СССР был прекращен выпуск часов с радиоактивной светомассой. Сейчас благодаря усилиям технологов, химиков, медиков и инженеров созданы специальные участки, где готовят и наносят люминофоры; эти участки отвечают всем требованиям техники безопасности.
Люминофор-каприза
Фосфоресцирующая смесь — это бесцветный кристаллический порошок, очень нежный и капризный: разрушение кристаллической решетки или появление посторонних примесей резко уменьшает яркость его свечения. И все-таки некоторой обработке подвергнуть порошок приходится. Хотя бы для того, чтобы приклеить его к циферблату.
Самое лучшее было бы, конечно, заключить кристаллики в прозрачную оболочку и в таком виде прикреплять на часы. Но этот способ возможен не всегда. Значит, нужны связующие: клеи, лаки. С их помощью, кстати, не только удерживают люминофор на циферблате, но и защищают его от воздействия атмосферной влаги, от механических повреждений и даже от ультрафиолетовых лучей, способных разрушить светящееся покрытие.
Наиболее часто в часовой промышленности применяют акриловые, винилитовые и полистирольные лаки; реже используют цапонлак или ацетилцеллюлозный; и особое предпочтение отдают даммаровому паку, он образует прочную прозрачную пленку, непроницаемую для ультрафиолетовых лучей.
Количество связующего, подмешиваемого к люминофору, обычно очень невелико, иначе лак обволакивает кристаллики и сильно уменьшает яркость их свечения. Компоненты осторожно смешивают в стеклянной или фарфоровой посуде, о растирании смеси и речи быть не может. Готовят состав непосредственно перед нанесением. Готовую смесь наносят кистью, пером, стеклянной палочкой, шприцем или с помощью печатной установки.
Не так давно в зарубежной литературе появились сообщения еще об одном способе нанесения фосфоресцирующих смесей— о методе осаждения их из электролитов вместе с металлами: никелем, серебром, палладием, золотом. На циферблате образуется красивое комбинированное покрытие, оно одинаково хорошо выглядит и на свету, и в темноте.
Сейчас часовая промышленность страны выпускает часы с циферблатами, которые покрыты люминофорами постоянного действия в нескольких вариантах, например «Амфибия» для аквалангистов. (Кроме того по-прежнему делают будильники с циферблатами, на которые нанесена люминесцентная краска, но она плохо выполняет свою роль — через полтора-два часа после подзарядки уже не светится.) В будущем ассортимент часов с люминофорами-долгожителями будет расширяться, производство их увеличится.
Кандидат технических наук Е. Я. Бесидовский,
Научно-исследовательский институт часовой промышленности
