با توجه به اینکه امروزه با گذشت زمان با مسئله ی ذخیره انرژی و مواجه شدن با مسئله ی کمبود انرژی برای آینده گان روبرو هستیم، وظیفه ی سازندگان و طراحان، استفاده از منابع انرژی به صورت بهینه می باشد که هدف از این تحقیق تأکید بر استفاده از مواد دوست دار طبیعت در طراحی روشنایی است.

منابع زیادی برای تامین انرژی نورانی وجود دارد. از جمله محصولات خورشیدی که با استفاده از صفحات جاذب نور خورشید ساخته می شوند (solar panel) که این صفحات نور خورشید را جذب کرده و با الکتریسیته تبدیل می کنند. همچنین توسط این پنل ها می توان از انرژی خورشید برای عمل فتوسنتز گیاهان استفاده کرد.

نورهای شب رنگ به دو روش زیر ساخته می شوند:
1. incandescence =روشنایى سیمابى، نور سفید دادن مانند نورهایی که توسط جریان الکتریسیته تولید می شود.
2. luminescence=به طور کلی این کلمه این گونه معنی می شود: پدیده ی نور افشانی جسمی پس از قرار گرفتن در معرض تابش اشعه شب تابی

یک منبع نوری luminescence معمولا از یک منبع نوری incandescence سردتر است. یعنی اتلاف گرما ندارد و این به این علت است که مواد lumiji ghnce از انرژی گرمایی اجسامی که در محیط هستند استفاده می کند و آن را جذب می کنند. این پدیده می تواند مثلا با فعل و انفعال شیمیایی، انرژی الکتریکی، جنبش های درون اتمی یا تنش هایی که روی یک بلور کریستالی هستند اتفاق بیفتد. البته لازم به ذکر است که رنگ مواد luminescence به دما بستگی ندارد.

تعدادی از مواد شناخته شده ای که جزو مواد لومینوسانس هستند، عبارتند از:
1. Chemoluminescence نورتابی شیمیایی
2. Bioluminescence لومینوسانس زیستی، زیست تابی مانن کرم های شب تاب
3. Crystalloluminescence یا لومینوسانس بلوری یا کریستالی، شیمی
4. Electroluminescence یا الکترو لومینوسانس، علوم هوایی
5. Cathodoluminescence یا لومینوسانس کاتدی، الکترونیک
6. Mechanoluminescence یا لومینوسانس مکانیکی
7. Triboluminescence لومینوسانس اصطکاکی
8. Fractoluminescence
9. Piezoluminescence لومینوسانس الکتریسیته ای
10. Photoluminescence یا لومینوسانس نوری، الکترونیک
11. Phosphorescence تابندگی فسفری، شب تابی
12. Fluorescence تابندگی مهتابی
13. Radioluminescence یا رادیو لومینوسانس، علوم هوایی
14. Sonoluminescence
15. Thermoluminescence لومینوسانس حرارتی

فسفرسانس و فلوئورسانس:
شباهت این دو پدیده این است که در آنها یک ماده خاص که به طور عام به آن فسفر گفته می شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیر مرئی یا حرارت (تحریک شده) این انرژی را در خود ذخیره می کند و سپس آن انرژی را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می کند.

تفاوت آنها در اختلاف زمانی بین دریافت و تابش یا به عبارت دیگر دوام تابش است. در تابش فلورسانس، زمان تحریک کمتر از 10 به توان 8- ثانیه است، در حالی که در پدیده فسفرسانس، زمان تحریک بیش از 10 به توان 8- ثانیه است. به عبارتی در فسفرسنس تحریک طولانی تر و تشعشع طولانی تری داریم و در فلوئورسنس تحریک کوتاه تر و تشعشع کوتاه تری تری داریم. در فلوئورسانس که نمونه آن نور مهتابی یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است و تقریبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام می شود. در حالی که در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه می دهد که مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده می تواند از چند ثانیه تا چندین روز طول بکشد.

تحریک این ماده ها به گونه های مختلف انجام می شوند: بمباران فوتونی، الکترون ها، یون های مثبت، واکنش های شیمیایی، گرما و گاهی اوقات (مخصوصاً در جانداران) تنش های مکانیکی. راز تابش کرم های شب تاب در پدیده فسفرسانس است.

برای ساختن مواد درخشنده در تاریکی باید فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگیرد و طول تابش ان زیاد باشد. برای مثال دو فسفری که این ویژگی ها را دارند مثل (Zinc Sulfide) و (Strontium Aluminate). که (Strontium Aluminate) بهتر است. این مواد را معمولا با پلاستیک مخلوط می کنند و مواد درخشنده در تاریکی را می سازند.

بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که می درخشند ولی به انرژی احتیاجی ندارند! یکی از آن مثال ها بروی عقربه های ساعت های گران قیمت است. در آنها فسفر با یک عنصر رادیو اکتیو مخلوط شده (مثل رادیوم- Radium) که آن عنصر با انتشار رادیو اکتیو فسفر را مرتبا با انرژی می کند.

شرحی از نحوه ی کار لامپ های فلوئورسنت:
در این لامپ ها یک تخلیه ی الکتریکی در محیطی از بخار جیوه و یک گاز خنثی (مانند آرگون) انجام می شود. بخار جیوه بر اثر این تخلیه ی انرژی و جذب این انرژی، شروع به تشعشع می کند و طول موج این تشعشع 2537 آنگستروم است که در محدوده ی طیف UV (فرا بنفش) است.

از دیگر سوی، دبواره ی داخلی لامپ را با مواد فسفرسنت پوشش می دهند و این مواد توسط اشعه ی UV تحریک شده، نور مرئی تابش می کنند.

در دهه ی 1940 این پوشش Zn2SiO4 (سیلیکات زیرکونیم) بود و از Mn به عنوان Activator استفاده می کردند. بعدها یک محلول فسفاتی به صورت Ca5.(PO4)3.(Cl،F).Sb3+ion.Mn2+ion - که Sb3+ion یعنی یون 3 بار مثبت آنتیموان - استفاده شد که Activator ان، Sb (آنتیموان) بود.

چه موادی خاصیت تابشی دارند و رنگ نور آنها به چه چیزی بستگی دارد؟
(زمان عملکرد کوتاه)
1 - CaWO4 - بدون Activator - آبی - لامپ آبی
2 - Pb - CaWO4 - آبی کم رنگ - لامپ آبی
3 - Pb - BaSi2O5 - فرا بنفش - لامپ تشعشع طولانی مدت فرابنفش
4 - Mn - Zn2SiO4 - سبز - لامپ سبز
5 - Pb3Mn - CaSiO3 - بین زرد و نارنجی - لامپ رنگی با کیفیت بالا
6 - Mn - Cd2B2O5 - نارنجی / زرد - لامپ ترنر

(زمان عملکرد طولانی)
1 - Mn - Zn2SiO4 - زرد سبز - رادار و اسیلوگراف
2 - Pb3Mn - CaSiO3 - نارنجی - رادار
3 - Mn - (Zn،Be).SiO4 - سفید - تلویزیون های دقیق

لامپ های فلوئورسانس:
مصرف زیاد لامپ های رشته ای و نیز داغ شدن سریع آنها که خرابی زودرس و سوختن لامپ ها را سبب می شد، باعث شد که لامپ هایی با کیفیت و بازده با لایی تولید گردد. این لامپ ها با توان خروجی بالا و نور زیاد، در صد بیشتری از انرژی الکتریکی را به انرژی نورانی تبدیل می کنند. امروزه این لامپ ها تحت عنوان لامپ های مهتابی هستند.

ساختمان لامپ:
لامپ مهتابی، لوله تخلیه الکتریکی گازی است است که نور آن به شیوه تازه ای افزایش داده شده است و می توان از آن برای روشنایی منازل استفاده نمود. سطح داخلی جدار لامپ با نمک های فلزی فلورسنت یا فسفرسنت مانند تنگستات کلسیم، سولفید روی، سیلیکات روی و... پوشیده شده است. لامپ از بخار جیوه با فشار خیلی کم پر شده است.

مکانیزم کار لامپ بدین صورت است که الکترون هایی که از الکترود های گداخته لامپ خارج می شوند با اتم های جیوه داخل لامپ برخورد کرده و باعث تابشی آنها می شود. بخش عمده ای از این تابش، پرتوهای نامرئی فرابنفش می باشد.

بخش قابل رویت پرتوهای بخار جیوه در ناحیه سبز و آبی طیف مرئی واقع است که نور ضعیفی را می دهد.
نور فرا بنفش با ماده فلورسنت که دیواره لوله از این ماده پوشیده شده، برخورد کرده و موجب خروج نور با طول موج بلند تر و در ناحیه قابل رویت طیف می شود. به عبارت دیگر پوشش داخلی لامپ، پرتوهای نامرئی را به نور مرئی تبدیل می نماید.

چون نور لامپ فلورسنت به وسیله ی حرارت ایجاد نمی شود (بلکه در اثر تحریک اتم ها تولید می گردد) از نظر اقتصادی مفید و مقرون به صرفه است. لامپ فلورسنت در سطح وسیع نور تولید می کند و روشنایی مناسبی تامین می کند که سایه های کمی را سبب می شود.

اساس کار لامپ های فلورسنت:
این لامپ ها از یک لوله بلند با قطر کم ساخته شده اند که سطح داخلی آنها از پودر ماده فلورسنت پوشیده شده است. فلورسنت به موادی گفته می شود که نور را در طول موج دیگری که اغلب مرئی است پس می دهند. حباب این لامپ ها دارای مقدار کمی آرگون و جیوه است.

مواد فلورسنت معمول در طول موج حدود 2537/0 میکرون بالاترین بازده تبدیل نور نامرئی به نور مرئی را دارند.
این طول موج را می توان به وسیله لامپ جیوه ای با فشار خیلی کم در حدود 004/0 اتمسفر تولید نمود و علت استفاده از جیوه در لامپ های فلور سنت همین است.
برای محدود کردن فشار جیوه به مقدار ذکر شده لازم است درجه حرارت جیوه محدود باشد و لذا در طراحی لامپ باید توجه شود که درجه حرارت حباب از حدود 40 تا 45 درجه سانتی گراد تجاوز نکند. به این دلیل است که با توجه به درجه حرارت محیط و توان لامپ باید سطح جانبی حباب را بزرگ اختیار نمود که انتقال حرارت حباب از این حد افزایش نیابد. پودر های فلورسنت مختلفی ساخته شده است که طول موج های مختلفی تولید می کند و با استفاده از این پودرها با نسبت مناسب می توان نور به هر رنگ دلخواه تولید نمود. البته لامپ های فلورسنت چندان هم بی خطر نیست اما دانشمندان براب آن چاره ای اندیشیده اند.

معرفی چند نمونه کاربردی از مواد luminescence:

 
این lighting شامل سه جزء است و به وسیله ی اتصال آنها می توان شاخه های درختی استثنایی را ساخت. در ساخت فرم این چراغ محدودیتی در رنگ و اشکال شکل دهی ندارد. در انتهای هر شاخه یک بست کروی شکل وجود دارد که می توان با کمک آن هر شاخه را در جاهای مختلفی با پیچاندن یه هم وصل کرد و اشکال متنوعی ساخت. (طراحی از Michail Komarov)

Tea light: طراحان کره ای یک lighting cocept طراحی کردند که شبیه به یک tea bag است. داخل این کیسه مواد فلورسنت وجود دارد که در مقابل ماده ی شیمیایی که داخل فنجان است واکنش نشان می دهد. بنابراین نام مناسبی که برای این concept انتخاب شده است، Tea light است. بعد از اینکه چند بار tea light را داخل محلول تکان می دهیم تصاویر نورانی شروع به نقش بستن می کند و می توان چند بار از آن استفاده کرد و در نهایت می توان درتاریکی لیوانی از نور ساخت.

Sparkle sign board: در حقیقت می توان گفت مواد شب تاب در نمایشگر های صنعتی تغییرات اساسی ایجاد کرده است. هر کسی می تواند آن چیزی را که می خواهد روی تابلو بکشد و پاک کند. این تابلو با نورانی بودنش توجه مردم را به خودش جلب کند. این تابلو را می توان با یک مایع شیشه پاک کن تمییز کرد.

و کاربردهای متفرقه:

نمونه های کاربردی از مواد فسفرسنت:
محدودیت انرژی و سوخت های فسیلی انسان ها را وادار کرده تا به منابع دیگری که اقتصادی، کار آمد و نامحدود تر هستند بیاندیشند. برای همین امروزه بعضی از کمپانی ها اقدام به ارائه محصولات فسفرسنت کرده اند. هدف آنها استفاده از انرژی های پنهانی است که در اطراف ما وجود دارد و می توان از آن ها به جای انرژی های سوختی استفاده کرد. بنا بر این حتی در زمینه ی طراحی روشنایی باید به مسئله ی طراحی دوست دار طبیعت دقت کرد. استفاده از این مواد در طراحی روشنایی به طراحان این امکان را می دهد که دست به خلق فضاهایی با ایمنی بالا و فضاهایی که ایجاد حس لذت در مخاطب می کند،بزنند. مثلا اتاق کودکی که سقف آن در شب مانند آسمان می درخشد.

نمونه ی دیگر کاربرد این مواد را در سطح شهر دیده اید که در سیستم حمل ونقل در شب برای جلوگیری از خطر های احتمالی، از خطوط شب رنگ راهنما استفاده شده است.