意外开始的场致发光
巨大橘子2022/07/26原创 核技术与核仪器 IP:上海

起因是前些日子做了一点掺杂的硫化锌荧光粉,这些荧光粉会用于探测重带电粒子,最后确实达到了目标,不过其中一个意外的小插曲带来了些额外的乐趣。

一言以蔽之,起因是意外,是由于掺杂中没清理干净引入了杂质。

场致发光现在感觉应用不多了,接触过上个世纪的仪表的朋友可能有印象,比如那些67/70/70-1/75型射线指示仪的表盘,都使用了场致发光背光,然后到现在不少也都坏了;这些表盘用高压交流驱动,在上述的仪器中干脆就是从给盖革管的高压里拿出来约180V送到表盘来驱动。

IMG_20220617_015443__01.jpg

当时给一堆荧光粉拍的全家福,右起二最小瓶是买的YAG:Ce;右起三最大瓶最绿的是某宝的短效夜光粉,也是硫化锌基的,右起第四瓶是这次的主角,单独看的时候挺绿,一对比就显得更接近青蓝色了。

当时一开始还没发现,后来人眼光谱发现和掺铜掺银的对比,荧光颜色都不太对,而且尽管荧光偏绿,对α粒子的响应差、发光是蓝色。遂排查发现是做成了铜银共掺,拿来做闪烁体是没办法了,只好找找别的用途,就这样想到了场致发光。

话不多说,这就试试。

先小试一下做个验证,用一个电阻的金属线部分蘸一点粉末,电源使用原来给给冷光驱动的小升压器,输入USB5伏,输出印象里似乎是36V交流,某宝几块钱一个,另一个电极用有一定平面面积的任意金属件,我随便拿了一个钨块。

然后它就亮了,说明这种荧光粉可以用于场致发光。

IMG_20220623_143543__01__01.jpg

既然能亮,那就该做做器件了,但我非常懒,还有点忙,在二十分钟文献time后决定自己弄个最水的。

这里要做的就是在加大电极面积的同时,让荧光粉的发光可以尽量出射,这就避不开透明导电材料了,这种材料应用很广,像液晶显示器什么的,也不用我班门弄斧。

我也懒,而且考虑到驱动使用交流,对电阻率要求比较低,所以打算做一个最破烂的版本:

纯SnO2透明导电膜

需要用到的原料和工具不多,试剂只需要蒸馏水和氯化亚锡,工具需要用于配置溶液的小杯和用于涂布的一次性滴管(推荐一次性,因为用不完的氯化亚锡会水解很脏,毕竟最土法的过程连防水解的盐酸都不要),以及用来做基底的任意厚度的玻璃片,盖玻片什么的都可以,最后有一个能把玻璃片加热到500℃左右的热源就可以了。

首先准备好洁净的玻璃片(以盖玻片为例),然后配置大约5ml浓度0.4mol/L左右的氯化亚锡溶液,直接用蒸馏水配置是可以的,但要尽量在半小时内完成涂布,然后剩下的溶液就要扔啦。

配置好后溶液就是混浊的,如果是用于场致发光则不需要过多的处理,直接用滴管吸取滴于盖玻片上涂匀,静置待其水解,氯化亚锡水解过程中会在液滴表面生成一层薄的膜,类似热牛奶冷却一般,这里可以直接从侧面轻轻把液体倒出去或用纸巾吸走,这层膜和少量液体以及少量水解产物会留在玻璃片上,如下图:

IMG_20220627_123037__01.jpg

彩色是由于薄厚不均产生的干涉,这个颜色在水解的时候就已经出现了,水倒掉之后变得皱皱巴巴的。

之后把玻片自然干燥或者红外烘一下,薄膜一开始比较脆弱,吹干不推荐。

干燥之后,就可以开始烤了,这里直接在空气气氛中烘烤就可以,温度400到500摄氏度或者更高似乎也没什么问题,保持半小时并慢慢冷却,拿出来之后就可以用万用表测量电阻了。

其实相较于成型的工艺而言,效果是很差的,我一次做了四五片,最后有一片电阻在200kΩ/cm,其他的在几到几十kΩ/cm不等,相较于现在的成品只有几Ω甚至零点几Ω每厘米,做别的可能没法用(说不定做盖革管的导电涂层还勉勉强强)。

然后就可以上电试试了,金属底板和玻璃片分别接电极,中间撒一小撮荧光粉,用玻璃片边缘粗略抹平,然后将荧光粉均匀压在两个电极之间,通电!


VID_20220627_221226.mp4 点击下载


亮度倒是不低,因为导电膜不平,荧光粉粒度不统一,本身也没涂匀,所以亮起来星星点点的,倒也有点好看。

没了,六月份做的东西,今天无聊码点字发出来,给大伙看个乐呵。



+1  学术分    虎哥    2023/10/22 我拿着放大镜在作者的文章里找了很久,觉得这一篇因为涉及网友们未知的领域比较多,尚可加一点分。
来自:物理高能技术 / 核技术与核仪器动手实践:实验报导
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~~空空如也
古法造轮
1年11个月前 IP:福建
906164

那个啥。。。有玻璃片烘烤完之后的照片吗。。。

看着写了这么大一段自制 ITO 玻璃的文字,最后居然没有成品照片,有点抓狂

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巨大橘子作者
1年11个月前 IP:上海
906165
引用古法造轮发表于1楼的内容
那个啥。。。有玻璃片烘烤完之后的照片吗。。。看着写了这么大一段自制 ITO 玻璃的文字,最后居然没有...

我找了半天没找着,当时好像没拍,现在已经回上海了,不好意思😂

基本就是有点脏的玻璃吧,看起来,做的好的话其实看起来没什么变化,或者有点衍射的彩色,我做出来速成的很粗糙,多少带一点氧化锡的渣子。


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古法造轮
1年11个月前 IP:福建
906166
引用巨大橘子发表于2楼的内容
我找了半天没找着,当时好像没拍,现在已经回上海了,不好意思😂基本就是有点脏的玻璃吧,看起来,做的好...

soga~

请问下,场致发光是要电场达到一定强度才行还是电压达到一定就行?

如果我弄个大的块状的参杂 ZnS,比如 10x10x10mm 这么大,在两边加上交变电场,会是什么效果?会整个 ZnS 块都发光吗,还是只有靠近电极的地方会发光?

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巨大橘子作者
1年11个月前 IP:上海
906168
引用古法造轮发表于3楼的内容
soga~请问下,场致发光是要电场达到一定强度才行还是电压达到一定就行?如果我弄个大的块状的参杂 Z...

我懂的也有限,感觉是晶体边界的发光,如果这是一坨多晶集合块的话可能就是整体亮或干脆不亮吧(?

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古法造轮
1年11个月前 IP:福建
906170
引用巨大橘子发表于4楼的内容
我懂的也有限,感觉是晶体边界的发光,如果这是一坨多晶集合块的话可能就是整体亮或干脆不亮吧(?

有机会压一块来试试 哈哈哈

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1年11个月前 IP:山东
906176

有意思,这个镀层有盖革内壁那种感觉了。印象里好像有那种镀好导电层的玻璃卖,可以自己回去蚀刻,颜色还蛮好看的,或许可以diy一些类似于数码管的显示器件之类的(不过需要高压交流驱动就很难过)

此外,那个升压器输出可能不止36V(EL是高阻器件,电压高内阻大,所以或许是电源内阻大导致测出来电压不准,也有可能是输出交流电的频率高导致测得电压不准?)

(再此外,国产盖革好像都是在盖革的升压变压器上引出来一个抽头单独给EL供电,感觉直接拿EL的驱动电压倍压后供给盖革就不错,或许当年还没有倍压电路?)

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航模发烧友
1年11个月前 IP:广东
906180

以前小时候,有一种手表,按夜光会整个面板发光的 ,也是这种原理吗,拆开,是一张类似纸的发光片,两边有电极,但是用电池点不亮

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阡陌徘徊
1年11个月前 IP:江苏
906183
引用航模发烧友发表于7楼的内容
以前小时候,有一种手表,按夜光会整个面板发光的 ,也是这种原理吗,拆开,是一张类似纸的发光片,两边有...

点的亮的,记忆里用3v就行

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lx2005
1年11个月前 修改于 1年11个月前 IP:浙江
906186
引用阡陌徘徊发表于8楼的内容
点的亮的,记忆里用3v就行

16588851149924685038351152431134.jpg

卡西欧有些手表也是电致发光背光

比如这块表,电池是3V的充电锂电(太阳能),不知道有没有升压。

附说明书

1658885357798653863814119295679.jpg


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c150
1年4个月前 IP:湖北
915574

一般是要升压的,要不然场强不够

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