knowhowtouse

Все в детстве кушали киндеры? А коллекция с привидениями всем знакома? И все, наверняка, называли их “фосфорными”, хотя, конечно же, никакого фосфора там нет. Придется разбираться, что же происходит.

Белый фосфор - вещество ядовитое, хотя действительно может светиться в темноте после окисления. На самом деле игрушки делают из люминофоров - порошков, которые обладают свойством светиться в темноте после воздействия на них естественного или искусственного освещения. Это явление свечения называется фотолюминесценцией. Не отвечает на вопрос, почему светится, правда? Так вот, существуют дискретные энергетические уровни электронов в атомах вещества (если бы возможные энергии принимали непрерывные значения, то орбиты, по которым “летают” электроны, не могли бы существовать). Если никак на атом не воздействовать, то с ними ничего происходить не будет. Но вот при воздействии излучением (светом, например), энергия электронов увеличивается и они переходят с одного энергетического уровня на другой. Однако, электроны - консерваторы, поэтому стремятся вернуться в состояние с начальной энергией, скорее скинув лишнюю. Таким образом, излишек переходит в свет. Возможно, предположение о материале игрушек вызвано названием фосфоресценции, одного из видов фотолюминесценции, при которой вещество излучает полученную энергию не сразу, а в течении длительного времени.

Свойством люминесценции (просто способностью светиться) могут обладать даже живые существа, например, бактерии. У них это называется биолюминесценцией. И у некоторых животных образовываются специальные органы для заселения этими светящимися бактериями - фотофоры или бактериофотофоры.

Каждый хотя бы раз в жизни видел павлина. Их перья завораживающе переливаются совершенно не из-за уникальных пигментов. И вообще не из-за окраски. Причиной тому является периодическая структура, называемая фотонным кристаллом Если посмотреть на перья под микроскопом, то выглядят они будут не так уж привлекательно.

Физика фотонных кристаллов достаточно проста, если не углубляться в математические выкладки. Каждый слой имеет свой коэффициент преломления - параметр, определяющий насколько медленнее волны распространяются в веществе, чем в вакууме. Свет, попадая на структуру, отражается от каждого слоя последовательно. Если фазы волн совпадают, как на правой части рисунка, то волны видны. Если не совпадают, как на левой стороне, то ни о каком цвете речи быть не может. На совпадение фаз влияют также угол падения света и наличие каких-либо веществ в порах фотонного кристалла. Из-за смены угла падения образуются те самые завораживающие переливы.

Ещё одним ярким примером является бабочка Morfo Didius. Обычно её крылья имеют голубой цвет, но, если намочить их, например, в честь выходного, алкоголем (вода всё равно не проникает внутрь), они приобретают зеленый оттенок, поскольку поры между чешуйками заполняются веществом со своим коэффициентом преломления и усиливаются волны, соответствующие другому цвету.