稀土發(fā)光材料ppt課件(已修改)
2025-05-11 03:56 本頁(yè)面
【正文】 1 第五章 稀土發(fā)光材料 2 1. 固體的發(fā)光 某一 固體化合物 受到 光子 、 帶電粒子 、電場(chǎng) 或 電離輻射 的激發(fā)，會(huì)發(fā)生 能量的吸收、 存儲(chǔ) 、 傳遞 和 轉(zhuǎn)換過(guò)程 。 如果 激發(fā)能量 轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光區(qū)的 電磁輻射 ，這個(gè)物理過(guò)程稱為 固體的發(fā)光 。 3 發(fā)光材料 由 基質(zhì) 和 激活劑 組成，在一些材料中，還攙入其它 雜質(zhì)離子 來(lái) 改善發(fā)光性能 。 基質(zhì) ：作為 材料主體 的化合物； 激活劑 ：作為 發(fā)光中心 的少量攙雜離子。 4 發(fā)光 是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶體內(nèi)部的 缺陷結(jié)構(gòu) 、 能帶結(jié)構(gòu) 、 能量傳遞 、 載流子遷移 等 微觀性質(zhì)和過(guò)程密切相關(guān)。 5 ⑴ 固體發(fā)光與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu) 晶體中的能帶有 價(jià)帶 、 導(dǎo)帶 、 禁帶 。 但是， 在實(shí)際晶體中 ，可能存在 雜質(zhì)原子 或 晶格缺陷 ，局部地 破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)則排列 ，從而產(chǎn)生一些 特殊的能級(jí) ，稱為 缺陷能級(jí) 。 6 作為 發(fā)光材料的晶體 ， 往往有目的地 攙雜 其它雜質(zhì)離子 以 構(gòu)成缺陷能級(jí) ，它們對(duì) 晶體的發(fā)光 起著關(guān)鍵作用 。 7 發(fā)光 是 去激發(fā) 的一種方式。 晶體中電子 的 被激發(fā) 和 去激發(fā) 互為逆過(guò)程 。 被激發(fā) 和 去激發(fā) 可能在 價(jià)帶 、 導(dǎo)帶 和缺陷能級(jí) 中任意兩個(gè)之間進(jìn)行。 8 被激發(fā) 和 去激發(fā) 發(fā)生的過(guò)程如下： ① 價(jià)帶 與 導(dǎo)帶 之間； ② 價(jià)帶 與 缺陷能級(jí) 之間； ③ 缺陷能級(jí) 與 導(dǎo)帶 之間； ④ 兩個(gè)不同能量的 缺陷能級(jí) 之間。 9 電子在 去激發(fā)躍遷 過(guò)程中， 將所吸收的能量釋放出來(lái) ，轉(zhuǎn)換成 光輻射 。 輻射的光能 取決于 電子躍遷前后 所在能帶 (或能級(jí) )之間的能量差值 。 10 在 去激發(fā)躍遷 過(guò)程中， 電子也可能將一部分能量 轉(zhuǎn)移給其它原子 ，這時(shí) 電子輻射的光能 小于躍遷前后 電子所在 能帶 (或能級(jí) )的能量差 。 11 ⑵ 發(fā)光過(guò)程 固體 發(fā)光的物理過(guò)程 示意圖如下： 其中， M表示 基質(zhì)晶格 ； A和 S為 攙雜離子 ； 并假設(shè) 基質(zhì)晶格 M的吸收 不產(chǎn)生輻射 。 12 這時(shí)， 基質(zhì)晶格 M吸收激發(fā)能 ， 傳遞給攙雜離子 ，使其 上升到激發(fā)態(tài) ，它 返回基態(tài)時(shí) 可能有以下三種途徑： 13 ① 以熱的形式 把激發(fā)能量 釋放給鄰近的晶格 ，稱為“ 無(wú)輻射弛豫 ”，也叫 熒光猝滅 ； ②以 輻射形式 釋放激發(fā)能量 ，稱 “發(fā)光” ； 14 ③ S將激發(fā)能傳遞給 A， 即 S吸收的全部或部分激發(fā)能 由 A產(chǎn)生發(fā)射 而釋放出來(lái)，這種現(xiàn)象稱為“ 敏化發(fā)光 ”， A稱為 激活劑 ， S通常被稱為 A的敏化劑 。 15 ⑶ 熒光和磷光 激活劑 吸收能量后 ， 激發(fā)態(tài)的壽命 極短，一般大約僅 108s就會(huì)自動(dòng)地 回到基態(tài) 而 放出光子 ，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為 熒光 。 撤去激發(fā)源 后， 熒光立即停止 。 16 被激發(fā)的物質(zhì) 在切斷激發(fā)源后 仍能繼續(xù)發(fā)光 ，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為 磷光 。 有時(shí) 磷光能持續(xù)幾十分鐘甚至數(shù)小時(shí) ，這種發(fā)光物質(zhì)就是通常所說(shuō)的 長(zhǎng)余輝材料 。 17 即：“ 熒光 ” 指的是 激發(fā)時(shí)的發(fā)光，而“ 磷光 ”指的是 發(fā)光在激發(fā)停止后，可以 持續(xù)一段時(shí)間 。 18 2. 稀土的電子層結(jié)構(gòu)和光譜學(xué)性質(zhì) 發(fā)光的本質(zhì) 是 能量的轉(zhuǎn)換 ，稀土之所以具有優(yōu)異的發(fā)光性能，就在于它具有 優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)換功能 ，而這又是由其 特殊的電子層結(jié)構(gòu) 決定的。 19 ⑴
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