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Triboluminiscencia

Triboluminiscencia del L -salicilato de nicotina

La triboluminiscencia es un fenómeno en el que se genera luz cuando un material se separa, se rasga, se raya, se aplasta o se frota mecánicamente (ver tribología ). El fenómeno no se comprende completamente, pero en la mayoría de los casos parece ser causado por la separación y reunificación de cargas eléctricas estáticas ; véase también efecto triboeléctrico . El término proviene del griego τρίβειν ("frotar"; véase tribología ) y del latín lumen (luz). La triboluminiscencia se puede observar al romper cristales de azúcar y al pelar cintas adhesivas.

La triboluminiscencia es a menudo sinónimo de fractoluminiscencia (un término utilizado principalmente para referirse únicamente a la luz emitida por cristales fracturados). La triboluminiscencia se diferencia de la piezoluminiscencia en que un material piezoluminiscente emite luz cuando se deforma, en lugar de cuando se rompe. Estos son ejemplos de mecanoluminiscencia , que es la luminiscencia resultante de cualquier acción mecánica sobre un sólido .

Historia

Un sonajero ceremonial de cuero crudo Uncompahgre Ute Buffalo lleno de cristales de cuarzo. Los destellos de luz son visibles cuando los cristales de cuarzo se someten a tensión mecánica en la oscuridad.

Cascabeles de cuarzo del pueblo indígena Uncompahgre Ute

El pueblo indígena Uncompahgre Ute del centro de Colorado es uno de los primeros grupos de personas documentados en el mundo al que se le atribuye la aplicación de mecanoluminiscencia que implica el uso de cristales de cuarzo para generar luz. [1] [2] Los Ute construyeron sonajeros ceremoniales únicos hechos de cuero crudo de búfalo que llenaron con cristales de cuarzo transparentes recolectados de las montañas de Colorado y Utah. Cuando los cascabeles se agitaban por la noche durante las ceremonias, la fricción y la tensión mecánica de los cristales de cuarzo que impactaban entre sí producían destellos de luz visibles a través de la piel translúcida de búfalo.

Primeros informes científicos

La primera observación registrada se atribuye al erudito inglés Francis Bacon cuando registró en su Novum Organum de 1620 que "es bien sabido que todo el azúcar , ya sea confitado o natural, si es duro, brillará cuando se rompa o se raspe en la oscuridad". [3] El científico Robert Boyle también informó sobre algunos de sus trabajos sobre triboluminiscencia en 1663. [4] En 1675, el astrónomo Jean-Felix Picard observó que su barómetro brillaba en la oscuridad mientras lo llevaba. Su barómetro consistía en un tubo de vidrio parcialmente lleno de mercurio. El espacio vacío sobre el mercurio brillaría cada vez que el mercurio se deslizara por el tubo de vidrio. [5]

A finales de la década de 1790, la producción de azúcar comenzó a producir cristales de azúcar más refinados. Estos cristales se formaron en un gran cono sólido para su transporte y venta. Este cono de azúcar sólido tuvo que romperse en trozos utilizables utilizando un dispositivo de pinzas de azúcar . La gente empezó a notar que se veían pequeños estallidos de luz cuando se "cortaba" el azúcar en condiciones de poca luz, un ejemplo establecido de triboluminiscencia. [6]

Mecanismo de acción

Quedan algunas ambigüedades sobre el efecto. La teoría actual de la triboluminiscencia, basada en evidencia cristalográfica, espectroscópica y otras evidencias experimentales, es que tras la fractura de materiales asimétricos, la carga se separa. Cuando las cargas se recombinan, la descarga eléctrica ioniza el aire circundante y provoca un destello de luz. La investigación sugiere además que los cristales que muestran triboluminiscencia a menudo carecen de simetría y son malos conductores. [7] Sin embargo, hay sustancias que rompen esta regla y que no poseen asimetría, pero muestran triboluminiscencia, como el yoduro de hexakis (antipirina) terbio. [8] Se cree que estos materiales contienen impurezas que hacen que la sustancia sea localmente asimétrica. Puede encontrar más información sobre algunos de los posibles procesos implicados en la página sobre el efecto triboeléctrico.

Se cree que el fenómeno biológico de la triboluminiscencia está controlado por la recombinación de radicales libres durante la activación mecánica. [9]

Ejemplos

En materiales comunes

Triboluminiscencia en cuarzo

Ciertos materiales y sustancias del hogar pueden verse como exhibidores de la propiedad:

Un diamante puede comenzar a brillar al frotarlo; Esto sucede ocasionalmente con los diamantes mientras se rectifica una faceta o se corta el diamante durante el proceso de corte . Los diamantes pueden tener fluorescencia azul o roja. Algunos otros minerales, como el cuarzo , son triboluminiscentes y emiten luz cuando se frotan entre sí. [19]

La triboluminiscencia como fenómeno biológico se observa en la deformación mecánica y electrificación de contacto de la superficie epidérmica de los tejidos óseos y blandos, durante la masticación de alimentos, durante la fricción en las articulaciones de las vértebras, durante las relaciones sexuales y durante la circulación sanguínea . [20] [21]

El corte abrasivo con chorro de agua de cerámica (p. ej., azulejos ) crea un brillo amarillo/naranja en el punto de impacto del flujo de muy alta velocidad.

Productos químicos que destacan por su triboluminiscencia.

fractoluminiscencia

La fractoluminiscencia se utiliza a menudo como sinónimo de triboluminiscencia. [27] Es la emisión de luz por la fractura (en lugar del roce) de un cristal , pero la fractura a menudo ocurre con el roce. Dependiendo de la composición atómica y molecular del cristal, cuando el cristal se fractura, puede ocurrir una separación de carga, haciendo que un lado del cristal fracturado esté cargado positivamente y el otro lado cargado negativamente. Como en la triboluminiscencia, si la separación de carga da como resultado un potencial eléctrico lo suficientemente grande, puede ocurrir una descarga a través del espacio y a través del baño de gas entre las interfaces. El potencial al que esto ocurre depende de las propiedades dieléctricas del gas del baño. [28]

Propagación de EMR durante la fracturación.

Se ha estudiado la emisión de radiación electromagnética (REM) durante la deformación plástica y la propagación de grietas en metales y rocas. También se han explorado y confirmado las emisiones EMR de metales y aleaciones. Molotskii presentó un mecanismo de dislocación para este tipo de emisión EMR. [29] En 2005, Srilakshmi y Misra informaron de un fenómeno adicional de EMR secundario durante la deformación plástica y la propagación de grietas en metales y aleaciones sin recubrimiento y recubiertos de metal. [30]

Misra (1973-75) informó sobre EMR durante la deformación microplástica y la propagación de grietas de varios metales y aleaciones, y la generación de campos magnéticos transitorios durante el estrechamiento en metales ferromagnéticos, que han sido confirmados y explorados por varios investigadores. [31] Tudik y Valuev (1980) pudieron medir la frecuencia EMR durante la fractura por tracción de hierro y aluminio en la región de 100 THz mediante el uso de fotomultiplicadores . Srilakshmi y Misra (2005a) también informaron de un fenómeno adicional de radiación electromagnética secundaria en metales y aleaciones no recubiertos y recubiertos de metal. Si un material sólido se somete a tensiones de grandes amplitudes, que pueden provocar deformación plástica y fractura, se producen emisiones como térmicas, acústicas, iónicas y exoemisiones.

EMR inducida por deformación

El estudio de la deformación es fundamental para el desarrollo de nuevos materiales. La deformación de los metales depende de la temperatura, el tipo de tensión aplicada, la velocidad de deformación, la oxidación y la corrosión. La EMR inducida por deformación se puede dividir en tres categorías: efectos en materiales de cristales iónicos, efectos en rocas y granitos, y efectos en metales y aleaciones. La emisión EMR depende de la orientación de los granos en los cristales individuales, ya que las propiedades de los materiales son diferentes en diferentes direcciones. [32] La amplitud del pulso EMR aumenta a medida que la grieta crece a medida que se rompen nuevos enlaces atómicos, lo que lleva a EMR. El pulso comienza a decaer cuando el crujido se detiene. [33] Las observaciones de experimentos mostraron que las señales EMR emitidas contienen componentes de frecuencia mixta.

Métodos de prueba para medir EMR

El método de prueba de tracción más utilizado se utiliza para caracterizar las propiedades mecánicas de los materiales. A partir de cualquier registro completo de pruebas de tracción, se puede obtener información importante sobre las propiedades elásticas del material, el carácter y el alcance de la deformación plástica, el rendimiento y la resistencia y tenacidad a la tracción. La información obtenida de una prueba justifica el uso extensivo de pruebas de tracción en la investigación de materiales de ingeniería. Por lo tanto, las investigaciones de las emisiones EMR se basan principalmente en el ensayo de tracción de las probetas. A partir de experimentos, se puede demostrar que la formación de grietas por tracción excita una EMR más intensa que el agrietamiento por corte, aumentando la elasticidad, la resistencia y la tasa de carga durante la carga uniaxial aumenta la amplitud. La relación de Poisson es un parámetro clave para la caracterización EMR durante la compresión triaxial. [34] Si el índice de Poisson es menor, es más difícil que el material se deforme transversalmente y, por tanto, hay una mayor probabilidad de nuevas fracturas.

Ver también

Referencias

  1. ^ "BBC Big Bang sobre triboluminiscencia". Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2019 . Consultado el 25 de diciembre de 2019 .
  2. ^ Dawson, Timoteo (2010). "Cambiando de colores: ahora los ves, ahora no". Tecnología de coloración . 126 (4): 177–188. doi :10.1111/j.1478-4408.2010.00247.x.
  3. ^ Tocino, Francisco. Novum Organum Archivado el 3 de mayo de 2006 en la Wayback Machine.
  4. ^ Boyle, Robert (1663). COPIA DE LA CARTA que el señor Boyle escribió a Sir Robert Morray para acompañar las observaciones sobre el diamante brillante. págs. 391–411. {{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )
  5. ^ (Personal) (1676). "Experience faire à l'Observatoire sur la Barometre simple touchant un nouveau Phenomene qu'on ya découvert" [Experimento realizado en el observatorio [de París] con un barómetro sencillo sobre un nuevo fenómeno descubierto allí]. Journal des Sçavans (edición de París) (en francés): 112–113.
  6. ^ Mecha, Frances G. (1940). "Triboluminiscencia del azúcar". JOSÁ . 30 (7): 302–306. doi :10.1364/JOSA.30.000302.
  7. ^ Fontenot, RS; Bhat, KN; Hollerman, WA; Aggarwal, MD; Nguyen, KM (2012). "Comparación del rendimiento triboluminiscente y el tiempo de desintegración del dibenzoilmeturo de europio trietilamonio sintetizado utilizando diferentes disolventes". CrystEngComm . 14 (4). Real Sociedad de Química (RSC): 1382-1386. doi :10.1039/c2ce06277a. ISSN  1466-8033.
  8. ^ W. Clegg, G. Bourhill y I. Sage (abril de 2002). "Triyoduro de hexakis (antipirina-O) terbio (III) a 160 K: confirmación de una estructura centrosimétrica para un complejo brillantemente triboluminiscente". Acta Crystallographica Sección E. 58 (4): m159-m161. doi : 10.1107/S1600536802005093 .
  9. ^ Orel, VE; Alekseyev, SB; Grinevich, Yu.A. (1992), "Mecanoluminiscencia: un ensayo para el análisis de linfocitos en neoplasias", Bioluminiscencia y quimioluminiscencia , 7 (4): 239–244, doi :10.1002/bio.1170070403, PMID  1442175
  10. ^ Sanderson, Katharine (22 de octubre de 2008). "La cinta adhesiva genera rayos X". Naturaleza : noticias.2008.1185. doi : 10.1038/news.2008.1185.
  11. ^ Karasev, VV; Krotova, N.A; Deriagin, Boris Vladimirovich (1953). Un estudio de la emisión de electrones durante la extracción de una capa de un alto polímero del vidrio en el vacío . OCLC  1037003456.
  12. ^ Cámara, CG; Escobar, JV; Hird, JR; Putterman, SJ (2008). "Correlación entre destellos de rayos X de nanosegundos y fricción de adherencia y deslizamiento en cinta despegable". Naturaleza . 455 (7216): 1089–1092. Código Bib : 2008Natur.455.1089C. doi : 10.1038/naturaleza07378. S2CID  4372536.
  13. ^ Chang, Kenneth (23 de octubre de 2008). "La cinta adhesiva libera el poder de los rayos X". Los New York Times . Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2017 . Consultado el 25 de febrero de 2017 .
  14. ^ Katherine Bourzac (23 de octubre de 2008). "Radiografías realizadas con cinta adhesiva". Revisión de tecnología . Archivado desde el original el 14 de mayo de 2012 . Consultado el 9 de octubre de 2012 .
  15. ^ Krishna, GN; Chowdhury, SKRoy; Biswas, A. (2014). "Emisión de rayos X durante el frotamiento de metales" (PDF) . Tribología en la Industria . 36 (3): 229–235. ProQuest2555415391  .
  16. ^ Alexander, Andrew J. (5 de septiembre de 2012). "Mecanismo de transferencia interfacial de iones para la intensa luminiscencia que se observa al abrir sobres autosellados" (PDF) . Langmuir . 28 (37). Sociedad Química Estadounidense (ACS): 13294–13299. doi :10.1021/la302689y. hdl : 20.500.11820/78782d2a-b87f-4fda-813c-6a282d1fd9c6 . ISSN  0743-7463. PMID  22924818. S2CID  32480331.
  17. ^ "Triboluminiscencia". Archivado desde el original el 20 de octubre de 2009.
  18. ^ "Triboluminiscencia". Sciencenews.org. 1997-05-17. Archivado desde el original el 26 de junio de 1997 . Consultado el 9 de octubre de 2012 .
  19. ^ "Rockhounding Arkansas: experimentos con cuarzo". Rockhoundingar.com. Archivado desde el original el 24 de abril de 2012 . Consultado el 9 de octubre de 2012 .
  20. ^ Orel, VE (1989). La triboluminiscencia como fenómeno biológico y métodos para su investigación . Luminiscencia biológica: actas de la primera escuela internacional, Castillo de Książ, Wrocław, Polonia, 20 al 23 de junio de 1989. Singapur: World Scientific. págs. 131-147. doi :10.13140/RG.2.1.2298.5443. ISBN 9789810204051.
  21. ^ Orel, Valeri E.; Alekseyev, Sergei B.; Grinevich, Yuri A. (octubre de 1992). "Mecanoluminiscencia: un ensayo para el análisis de linfocitos en neoplasia". Revista de Bioluminiscencia y Quimioluminiscencia . 7 (4): 239–244. doi :10.1002/bio.1170070403. PMID  1442175.
  22. ^ Herido, CR; Mcavoy, N.; Björklund, S.; Filipescu, N. (octubre de 1966). "Triboluminiscencia de alta intensidad en europio tetrakis (dibenzoilmetido) -trietilamonio". Naturaleza . 212 (5058): 179–180. Código Bib :1966Natur.212R.179H. doi :10.1038/212179b0. S2CID  4165699.
  23. ^ Fontenot, Ross; Bhat, Kamala; Hollerman, William A; Aggarwal, Mohan (1 de septiembre de 2016). "Europio tetrakis dibenzoilmetido trietilamonio: revisión de síntesis, aditivos y aplicaciones". Resúmenes de reuniones de ECS . MA2016-02 (42): 3158. doi :10.1149/ma2016-02/42/3158.
  24. ^ "Hacer cristales azules brillantes (demostración de triboluminiscencia)". YouTube .
  25. ^ Marchetti, Fabio; Di Nicola, Corrado; Pettinari, Ricardo; Timokhin, Iván; Pettinari, Claudio (10 de abril de 2012). "Síntesis de un compuesto de cobre (I) fotoluminiscente y triboluminiscente: un experimento para un laboratorio de química inorgánica avanzada". Revista de Educación Química . 89 (5): 652–655. Código Bib : 2012JChEd..89..652M. doi :10.1021/ed2001494.
  26. ^ Erikson J (octubre de 1972). "Ácido N-acetilantranílico. Un material altamente triboluminiscente". J Chem Educa . 49 (10): 688. Código bibliográfico : 1972JChEd..49..688E. doi :10.1021/ed049p688.
  27. ^ IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "triboluminiscencia". doi :10.1351/librooro.T06499
  28. ^ Nota: Este fenómeno se puede demostrar quitando hielo de un congelador en una habitación oscura donde el hielo produce crujidos debido a una expansión térmica repentina. Si la luz ambiental es lo suficientemente tenue, se pueden observar destellos de luz blanca provenientes del hielo al romperse.
  29. ^ Chauhan, VS1 (2008), "Efectos de la tasa de deformación y la temperatura elevada sobre la emisión de radiación electromagnética durante la deformación plástica y la propagación de grietas en láminas de titanio ASTM B 265 grado 2", Journal of Materials Science , 43 (16): 5634–5643, Código Bib : 2008JMatS..43.5634C, doi : 10.1007/s10853-008-2590-5, S2CID  137105959{{citation}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
  30. ^ Srilakshmi, B.; Misra, A. (8 de septiembre de 2005). "Radiación electromagnética secundaria durante la deformación plástica y la propagación de grietas en acero al carbono simple sin revestimiento y estañado". Revista de ciencia de materiales . 40 (23). Springer Science y Business Media LLC: 6079–6086. doi :10.1007/s10853-005-1293-4. ISSN  0022-2461. S2CID  135922668.
  31. ^ Chauhan, Vishal S.; Misra, Ashok (1 de julio de 2010). "Radiación electromagnética durante la deformación plástica bajo compresión cuasiestática ilimitada en metales y aleaciones". Revista internacional de investigación de materiales . 101 (7). Walter de Gruyter GmbH: 857–864. doi :10.3139/146.110355. ISSN  2195-8556. S2CID  138866328.
  32. ^ KUMAR, Rajeev (2006), "Efecto de los parámetros de procesamiento sobre la emisión de radiación electromagnética durante la deformación plástica y la propagación de grietas en aleaciones de cobre y zinc", Journal of Zhejiang University Science A , 7 (1): 1800–1809, doi :10.1631 /jzus.2006.a1800, S2CID  122149160
  33. ^ Viernes, V; Rabinovitch, A; Bahat, D (7 de julio de 2003). "Radiación electromagnética inducida por fractura". Revista de Física D: Física Aplicada . 36 (13): 1620-1628. Código bibliográfico : 2003JPhD...36.1620F. doi :10.1088/0022-3727/36/13/330. S2CID  250758753.
  34. ^ Frid, V. (2000), "Control de infusión de agua con método de radiación electromagnética en estratos propensos a explosiones de rocas", Journal of Applied Geophysics , 43 (1): 5–13, Bibcode : 2000JAG.... 43.... 5F, dirección :10.1016/S0926-9851(99)00029-4

Otras lecturas

enlaces externos

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