【正文】 空穴對，電子 空穴對作為整體在晶體中存在或運動，也可能在一定條件下復(fù)合湮滅。 ? 除了基礎(chǔ)吸收和激子吸收外，絕緣體在可見光和紅外光區(qū)可發(fā)生雜質(zhì)和缺陷吸收，以及由離子晶體振動產(chǎn)生的殘留吸收光譜，如圖所示。 147 幾種無機(jī)材料的光透過曲線 148 ? 金屬材料：強反射（金屬光澤）； – 電子吸收光能后激發(fā)到較高能態(tài)，隨即又以光波的形式釋放出能量回到低能態(tài) ? 無機(jī)非金屬材料： 主要受介質(zhì)的折射率差影響； – 當(dāng)光線從一種介質(zhì)入射另一種介質(zhì)時，介質(zhì)的折射率差別越大，反射就越強。 ? 材料的折射率受其結(jié)構(gòu)影響 – 單位體積中原子的數(shù)目越多，或結(jié)構(gòu)越緊密，則光波傳播受影響越大，從而折射率越大。 – 原子半徑越大 (極化率大），折射率就越大。 光的折射和反射 ? 折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，其速度和傳播方向發(fā)生變化 。 ?折射率 n ?折射定律 材料材料真空??C?? Vn21211221s ins in????? nnnii? 光在介質(zhì)中傳播的傳播速度 ??? 1??折射率的定義 rrvcn ????????? 00? ε介質(zhì)的介電常數(shù) ? μ介質(zhì)的導(dǎo)磁率 ,在電介質(zhì)中 ?=1 ◆ 影響材料的折射率的因素 (1)構(gòu)成材料元素的離子半徑 n≈εr1/2 當(dāng)電磁輻射作用到介質(zhì)上時 ， 其原子受到電磁輻射的電場作用 ， 使原子的正 、 負(fù)電荷重心發(fā)生相對位移 ， 正是電磁輻射與原子的相互作用 ， 使光子速度減弱 。 由此可以推論 ， 大離子可以構(gòu)成高折射率的材料 ， 如 PbS， 其n=； 而小離子可以構(gòu)成低折射率的材料 ， 如 SiCl4，其 n＝ (2)材料的結(jié)構(gòu) 、 晶型 （ 雙折射現(xiàn)象 ） 折射率不僅與構(gòu) 成材料的離子半徑有關(guān) ， 還與它們在晶胞中的排列有關(guān) 。 根據(jù)光線通過材料的表現(xiàn) ， 把介質(zhì)分為 均質(zhì)介質(zhì)和非均質(zhì)介質(zhì)。 非晶態(tài) (無定型體 )和立方晶體結(jié)構(gòu) ， 當(dāng)光線通過時 光速不因入射方向而改變 ， 故材料只有一個折射率 ， 此乃為 均質(zhì)介質(zhì) 。 除立方晶體外的其他晶型都屬于 非均質(zhì)介質(zhì) 。其特點是 光進(jìn)入介質(zhì)時產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象 。折射定律的雙折射現(xiàn)象使晶體有二個折射率：其一是服從 尋常光折射率 n0， 不論入射方向怎樣變化， n0始終為一常數(shù)；而另一折射光的折射率隨入射方向而改變，稱為 非尋常光的折射率 ne。 當(dāng)光沿晶體的光軸方向入射時，不產(chǎn)生雙折射，只有 n0存在。當(dāng)與光軸方向垂直入射時，ne最大，表現(xiàn)為材料特性。例如，石英的n0=， ne=。 — 般來說，沿晶體密堆積程度較大的方向，其 ne較大。 （ 3）材料存在的內(nèi)應(yīng)力 有內(nèi)應(yīng)力的透明材料， 垂直 于主應(yīng)力方向的 n值大 ， 平行 于主應(yīng)力方向的 n值小 。 （ 4）同質(zhì)異構(gòu)體 在同質(zhì)異構(gòu)材料中，高溫時的晶型折射率較低，低溫時存在的晶型 折射率較高。例如：常溫下的石英玻璃 n＝ 1． 46， 常溫下的石英晶體， n＝ ； 高溫時，鱗石英 n＝ ， 方石英 n=。 可見常溫下的石 英晶體 n最大。 （ 5）波長的影響 （色散） 材料的折射率還與入射光的波長有關(guān)，總 是 隨著波長的增加而減小 ，這種性質(zhì)稱之為色 散。其數(shù)值大小為： 色散＝ dn/dλ n值可以由色散曲線來確定 自然光透過單片透鏡，色 散使像的周圍環(huán)繞了一圈色帶， 成像不清晰，稱為 色差 ?？朔? 的方法是用不同牌號的光學(xué)玻 璃，分別磨成凸透鏡和凹透鏡 復(fù)合鏡頭，以消除色差，這被 稱之為 消色差鏡頭 。 一束光從介質(zhì) l(折射率為 n′)穿過界面進(jìn)入介質(zhì) 2（折射為 n)出現(xiàn)一 次反射當(dāng)入射光線垂直或接近垂直于介質(zhì)界面時，其反射系數(shù)為 R=[（ n21－ 1） /( n2l+1)]2， n21= n′/n 如果光介質(zhì) 1是空氣，則 R=[（ n－ 1） /(n+1)]2 顯然，如果兩種介質(zhì)折射率相差很大，因此反射損失相當(dāng)大， 透過 系數(shù) 只有 (1－ R)。 若兩種介質(zhì)折射率相同， 則 R=0。 垂直入射時，光透 過幾乎沒有損失。 光透過的界面越多，且材料的折射率相差越大，界面 反射就越嚴(yán)重。 由于陶瓷等材料的折射率較空氣的大，所以反射損失較 嚴(yán)重。 典型玻璃的 n= 156 ? 金屬材料：顏色取決于其反射光的波長； ? 無機(jī)非金屬材料： 顏色通常與光吸收特性有關(guān)； 材料的顏色 幾種金屬材料的反射率隨光波波長變化曲線 157 有色玻璃有選擇吸收或透射的性質(zhì) 單一波長的 單色光 。 由不同波長的光組合而成的 復(fù)合光 。 若兩種不同顏色的單色光按一定的強度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為 互補色光 ，這種現(xiàn)象稱為光的互補。 顯色光學(xué)原理 ?/nm 顏色 互補光 400 ～ 450 紫 黃綠 450 ～ 480 藍(lán) 黃 480 ～ 490 綠藍(lán) 橙 490 ～ 500 藍(lán)綠 紅 500 ～ 560 綠 紅紫 560 ～ 580 黃綠 紫 580 ～ 610 黃 藍(lán) 610 ～ 650 橙 綠藍(lán) 650 ～ 760 紅 不同顏色的可見光波長及其互補光 藍(lán)綠 1. 發(fā)光概述 ?固體中的原子或離子由于電磁輻射（紫外光、可見光、紅外光、 X射線、 ?射線等）的照射，或由于其它外界作用激發(fā)，躍遷到激發(fā)狀態(tài) 。 ?處于激發(fā)狀態(tài)的原子或離子返回到基態(tài)，同時將一部分能量以光輻射的形式發(fā)射出來，若發(fā)射的是可見光或近紅外光，這時固體就表現(xiàn)為 發(fā)光現(xiàn)象 .與熱輻射發(fā)光相區(qū)別，稱這種發(fā)光為 冷光。 ?按外界激發(fā)的能源不同，可分為光致發(fā)光、場致發(fā)光（或電致發(fā)光）、陰極射線發(fā)光等。 材料發(fā)光 a) 發(fā)光顏色 ? 固體發(fā)出不同波長的光就產(chǎn)生不同的發(fā)光顏色 ? 固體的發(fā)光光譜 （ 發(fā)射光譜 ） 分為三種類型： ? 半高寬為 ?100nm的為寬帶譜 ? 半高寬為 ?50nm的為窄帶譜 ? 半高寬為 ? ? 固態(tài)基質(zhì)與摻雜物質(zhì)都會對發(fā)光光譜半高寬有顯著影響 。 b) 發(fā)光強度 ?由于發(fā)光強度通常隨激發(fā)強度而變 ， 故一般用發(fā)光效率表征固體的發(fā)光能力 ?發(fā)光效率有三種表示方法： （ a） 量子效率： 發(fā)光的量子數(shù)與激發(fā)源輸入的量子數(shù) （如光激發(fā)是指激發(fā)的光子數(shù) ， 電子激發(fā)是指激發(fā)的電子數(shù)等 ） 的比值； （ b） 能量效率： 發(fā)光的能源與激發(fā)源輸入的能量比值； （ c） 光度效率： 發(fā)光的流明數(shù)與激發(fā)源輸入的能量比值， 也稱流明效率 如果將激發(fā)停止后的發(fā)光亮度（或強度）衰減到 10%時所經(jīng)歷的時間定義為余輝時間，則可將發(fā)光過程劃分為： （ a）極短余輝： 1?s； （ b）短余輝： 1?10?s；（ c）中短余輝： 102?1ms； (d) 中余輝： 1?100ms；（ e）長余輝： ?1s；（ f）極長余輝： 1s。 熒光 和 磷光： 電子受激后 很快發(fā)光（小于 10ns） 的為熒光 ， 馳豫較長時間者為磷光 ，發(fā)光機(jī)理如下圖。 c) 發(fā)光持續(xù)時間 164 2. 固體 發(fā)光的物理過程 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 。 165 這時， 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 可能有以下三種途徑： 166 ① 以熱的形式 把激發(fā)能量 釋放給鄰近的晶格 ，稱為“ 無輻射弛豫 ”，也叫 熒光猝滅 ； ②以 輻射形式 釋放激發(fā)能量 ，稱 “發(fā)光” ； 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，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 。 通常人們把 激發(fā)停止后的一段時間內(nèi)能發(fā)光的復(fù)雜晶體無機(jī)物質(zhì)叫 磷光體 。電視機(jī)熒光屏內(nèi)表面常涂有這種物質(zhì)。電視屏幕所用磷光體的弛豫時間 r不能太長，否則會產(chǎn)生影像重疊。 工程上應(yīng)用的 磷光體材料 要求具有下列 性能 ：① 高的發(fā)光效率 ；②希望的發(fā)光 色彩 ；③適當(dāng)?shù)?余輝時間(afterglowtime)；④材料 與基體結(jié)合 力強等。 磷光體一般由基體和激活劑兩部分組成 ?；w常是金屬硫化物，如 CaS、 SrS、 BaS、 ZnS、 CdS等。激活劑主要是 金屬 ，由基質(zhì)選定。例如 ZnS和 CdS， 最好的激活物質(zhì)是 Ag、 Cu、 Mn。 在黑白電視中使用發(fā)藍(lán)光的[ZnS： Ag] 。 一些主要磷光材料 一些主要磷光材料（續(xù)） 本章參考書： 1. 劉光華編著 . 現(xiàn)代材料化學(xué) . 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 2022 2. H. Czichos, T. Saito, L. Smith. Springer Handbook of Materials Measurement Methods. German, Springer, 2022 3. Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA, John Wiley amp。 Sons, 2022. 4. Michel W Barsoum. Fundamentals of Ceramics. London, IOP Publishing, 2022 5. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. , USA, John Wiley amp。 Sons, 1999 6. W. F. Smith. Foundations of materials science and engineering. New York, McGrawHill Book Co., 1992 7. B. D. Fahlman. Materials Chemistry. German, Springer, 2022 8. Anthony R. West. Basic Solid State Chemistry. USA, John Wiley amp。 Sons, 2022 9. Lesley E. Smart, Elaine A. Moore. Solid State ChemistryAn introduction. Taylor amp。 Francis, 2022. 170