透明膠帶拉扯發(fā)射熒光

1、透明膠帶拉扯發(fā)射熒光,-納秒級(jí)的X光射線與膠帶粘滑運(yùn)動(dòng) 中摩擦作用的相關(guān)聯(lián)性,0519017 馮培培 2009.5.12,,產(chǎn)生X射線摩擦起電，摩擦發(fā)光透明膠帶拉扯實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象分析,,得到X射線最簡(jiǎn)單的方法就是加速后的電子撞擊金屬靶。軔致輻射 特性輻射此外，用同步加速器和自由電子雷射可以得到高強(qiáng)度的X射線。,,產(chǎn)生X射線摩擦起電，摩擦發(fā)光透明膠帶拉扯實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象分析,,用摩擦的方法使物體帶電的現(xiàn)象，叫摩

2、擦起電（triboelectrification ） 。摩擦起電是電子由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的結(jié)果，所以當(dāng)兩個(gè)不帶電的物體摩擦起電時(shí)必然帶相等的電量，電性相反。當(dāng)兩個(gè)物體摩擦?xí)r，一個(gè)物體失去了核外電子，于是表現(xiàn)為帶正電，而另一個(gè)物體帶負(fù)電。,,同種材料摩擦起電 利用一些容易起電的同種材料進(jìn)行相互摩擦，兩個(gè)摩擦表面就能夠出現(xiàn)帶電現(xiàn)象。通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)表面所帶電荷為同性電荷，并且有的材料摩擦可以帶 同性正電荷，

3、有的摩擦后可以帶同性負(fù)電荷。在排除了外界的影響(如通過(guò)其它導(dǎo)體導(dǎo)走電荷等)之后，實(shí)驗(yàn)仍能得到相同的結(jié)果。,,原因： 介質(zhì)在未摩擦之前會(huì)在周圍的環(huán)境中受到了一定程度的污染，污染的結(jié)果是介質(zhì)和污染物之間因接觸而產(chǎn)生了偶電層。摩擦?xí)挂徊糠治廴久撾x介質(zhì)表面，從而 脫離部分的介質(zhì)與污染之間的偶電層也隨之分離使介質(zhì)帶上電荷。因?yàn)榻橘|(zhì)相同，且污染物也相同，這里偶電層也是相同的，故偶電層脫離時(shí)，介質(zhì)上帶上同種電 荷。,,摩擦發(fā)光 （tribo

4、luminescence ） 某些固體受機(jī)械研磨、振動(dòng)或應(yīng)力時(shí)的發(fā)光現(xiàn)象。例如蔗糖、酒石酸等晶體受擠壓時(shí)發(fā)出閃光；合成的磷光體Ca P O ·Dy用指甲劃痕，可觀察到很強(qiáng)的發(fā)光等。,,摩擦發(fā)光還泛指如下的發(fā)光過(guò)程：1.應(yīng)變激發(fā)發(fā)光。壓電固體在受到研磨或振動(dòng)時(shí)發(fā)生應(yīng)變，因壓電效應(yīng)產(chǎn)生高達(dá)10 v/cm的局部場(chǎng),場(chǎng)區(qū)因曾訥擊穿產(chǎn)生電子空穴時(shí)，當(dāng)它們復(fù)合時(shí)發(fā)出光來(lái)。也可能有一部分電子（或空穴）被陷阱俘獲，然后熱釋發(fā)光，稱

5、為摩擦熱釋發(fā)光。2.有 的半導(dǎo)體（例如硅）受機(jī)械力而斷裂時(shí)，可見(jiàn)到藍(lán)色閃光，它是由斷裂的清潔表面上形成表面態(tài)以及載流子在表面態(tài)上的重新排列引起的，也可能是斷裂表面間的弧 光放電引起的發(fā)光。3.摩擦發(fā)光還包括物體在高頻聲波作用下產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象，稱為聲致發(fā)光。例如液體受超聲波作用產(chǎn)生類似旋渦中的空腔，使連續(xù)性的液體斷 裂，因此聲致發(fā)光也可看做是物體因斷裂引起的一種摩擦發(fā)光。,,產(chǎn)生X射線摩擦起點(diǎn)，摩擦發(fā)光透明膠帶拉扯實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)

6、象分析,,實(shí)驗(yàn)基本思路：在一定真空度的環(huán)境中，以一定的速度拉扯透明膠帶能產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。,,,torr真空環(huán)境下，以3cm 速度拉扯膠帶。使用的膠帶為Photo Safe 3M Scotch Tape（19mmx25.4m）,25mm鉭箔包裹Amptek X-ray detector的鈹質(zhì)測(cè)量口，防止由于X射線過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致儀器量程不夠，放置在距離拉扯面5cm的地方。,,上面圖片中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是充有氖氣，壓強(qiáng)為150mtorr，

7、約為20Pa。有2個(gè)發(fā)光部位，一個(gè)是紅光一個(gè)是藍(lán)光。紅光是摩擦發(fā)光，我們看到的是可見(jiàn)光，閃爍的藍(lán)光是由于可見(jiàn)光的光子撞擊對(duì)超過(guò)500ev能量的電子敏感的熒光屏所致。,,當(dāng)壓強(qiáng)降低到 torr，約0.1帕?xí)r，整個(gè)裝置都被閃爍的藍(lán)光照亮。,,產(chǎn)生X射線摩擦起點(diǎn)，摩擦發(fā)光透明膠帶拉扯實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象分析,,,在膠帶分離的部位會(huì)有短時(shí)間的高濃度的電子聚集（ ），而且是膠帶受力最大的部位。

8、,左邊的軸是以3cm/s拉膠帶時(shí)的力，黑色為壓強(qiáng)0.1帕?xí)r的力，綠色為一個(gè)大氣壓下的力。右邊軸為脈沖能量，藍(lán)色的是X射線探測(cè)儀收集的信號(hào)，紅色的是輻射頻率天線感應(yīng)到的的信號(hào)。,圖a中數(shù)據(jù)是在X射線探測(cè)儀的探頭前蓋了鉭箔，為了減小X光的強(qiáng)度，使它的能量在20 Kev以下，以便于觀測(cè)膠帶滑動(dòng)時(shí)同時(shí)產(chǎn)生的各種現(xiàn)象。,,上圖是用3種方法（solid-state detector,liquid scintillator,characteri