《《稀土發(fā)光材》ppt課件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第七章稀土發(fā)光材料11.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(chēng)為固體的發(fā)光。2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?；|(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。3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)。4⑴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

2、體內(nèi)部的規(guī)則排列，從而產(chǎn)生一些特殊的能級(jí)，稱(chēng)為缺陷能級(jí)。5作為發(fā)光材料的晶體，往往有目的地?cái)v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。6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。7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。8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。9在去激發(fā)躍遷過(guò)程中，電子也可能將一

3、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。10⑵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。11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：12①以熱的形式把激發(fā)能量釋放給鄰近的晶格，稱(chēng)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(chēng)“發(fā)光”；13③S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(chēng)為“敏化發(fā)光”，A稱(chēng)為激活劑，S通常被稱(chēng)為A的敏化劑。14

4、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10-8s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(chēng)為熒光。撤去激發(fā)源后，熒光立即停止。15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(chēng)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。16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。172.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。18⑴稀土元素基態(tài)原子的電于層

5、構(gòu)型Scls22s22p63s23p63d14s2Yls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2Ln（La----Lu）ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s219⑵稀土元素的價(jià)態(tài)其中，橫坐標(biāo)為原子序數(shù)，縱坐標(biāo)線的長(zhǎng)短表示價(jià)態(tài)變化傾向的相對(duì)大小。20⑶稀土離子的發(fā)光特點(diǎn)?+3價(jià)稀土離子的發(fā)光特點(diǎn)①具有f--f躍遷的發(fā)光材料的發(fā)射光譜呈線狀，色純度高；②熒光壽命長(zhǎng)；21③由于4f軌道處于內(nèi)層，材料的發(fā)光顏色基本不隨基質(zhì)的不同而改變；④光譜形狀很少隨溫度而變，溫度猝滅小，濃度猝滅小。2

6、2在+3價(jià)稀土離子中，Y3+和La3+無(wú)4f電子，Lu3+的4f亞層為全充滿(mǎn)的，都具有密閉的殼層，因此它們屬于光學(xué)惰性的，適用于作基質(zhì)材料。23從Ce3+到Y(jié)b3+，電子依次填充在4f軌道，從f1到f13，其電子層中都具有未成對(duì)電子，其躍遷可產(chǎn)生發(fā)光，這些離子適于作為發(fā)光材料的激活離子。24?非正常價(jià)態(tài)稀土離子的光譜特性?xún)r(jià)態(tài)的變化是引發(fā)、調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換材料功能特性的重要因素，發(fā)光材料的某些功能往往可通過(guò)稀土價(jià)態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。①+2價(jià)態(tài)稀土離子的光譜特性②+4價(jià)態(tài)稀土離子的光譜特性25①+2價(jià)態(tài)稀土離子的光譜特性+2價(jià)態(tài)稀土離子(RE2+)有兩種電子層構(gòu)型：4f

7、n-15d1和4fn。4fn-15dl構(gòu)型的特點(diǎn)是5d軌道裸露于外層，受外部場(chǎng)的影響顯著。264fn-15dl→4fn(即d--f躍遷)的躍遷發(fā)射呈寬帶，強(qiáng)度較高，熒光壽命短，發(fā)射光譜隨基質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生明顯變化。與RE3+相比，RE2+的激發(fā)態(tài)能級(jí)間隔被壓縮，最終導(dǎo)致最低激發(fā)態(tài)能量降低，譜線紅移。27②+4價(jià)態(tài)稀土離子的光譜特性+4價(jià)態(tài)稀土離子和與其相鄰的前一個(gè)+3價(jià)稀土離子具有相同的4f電子數(shù)目。例如，Ce4+和La3+，Pr4+和Ce3+，Tb4+和Gd3+等。28+4價(jià)態(tài)稀土離子的電荷遷移帶能量較低，吸收峰往往移到可見(jiàn)光區(qū)。如Ce4+與Ce

8、3+的混價(jià)電荷遷移躍遷形成的吸收峰已延伸到450nm附近，Tb4+