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稀土材料化学——让生活更加多彩 化学前沿讲座 灰白色与伪彩色 美丽的地球 多彩的生活 七彩之源 光辐射 热辐射 热辐射 任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此温度下处于热平衡状态的辐射，如日光、蜡烛、白炽灯等。 发 光 发 光 非平衡辐射是指在外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态，如果物体在回复到平衡态的过程中，其多余的能量以光辐射的形式释放出来，则称为发光。 发光是一种叠加在热辐射背景上的非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周期。 发光现象 当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等的激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。 在这个过程中，一部分能量会递过光或热的形式释放出来。 如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称为发光现象。 这种能量的发射过程具有一定的持续时间。 固体发光的两个基本特征 1、任何物体在一定温度下都有热辐射；发光是物体吸收外来能量后所发出的总辐射中超出热辐射的部分。 2、当外界激发源对物体的作用停止后，发光现象还会持续一定的时间，称为余辉。 这是固体发光与其它光发射现象的根本区别。 荧光和磷光 人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程：把物质在受激发时的发光称为荧光，而把激发停止后的发光称为磷光。 一般常以持续时间10-8s为分界，持续时间短于10-8s的发光被称为荧光，而把持续时间长于10-8s的发光称为磷光。 现在，除了习惯上还保留和沿用这两个名词外，已不再用荧光和磷光来区分发光过程。因为任何形式的发光都以余辉的形式来显现其衰减过程，而衰减时间可以极短(10-8s)，也可能很长(十几小时或更长)。 发光现象有着持续时间的事实，说明物质在接受激发能量和产生发光的过程中，存在着一系列的中间状态。 发光材料 又称发光体，是一种能够从外界吸收各种形式的能量转换为非平衡光辐射的功能材料。 发光材料的分类 发光材料的发光方式可按其被激发的方式进行分类：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。 电致发光(e1ectroluminescence) 由电场直接作用在物质上所产生的发光现象，电能直接转换成光能，而无热辐射产生。 过去又因这是在电场作用下产生的发光，还曾使用过“场致发光”的术语。可分为两类：注入式发光和本征型发光。 半导体二极管LED是一种注入式发光，它是由电子-空穴对在p-n结附近复合而产生的发光现象。 本征型发光是通过高能电子碰撞激发发光中心所产生的发光现象，电子能量来源于数量级为108V/m的高电场，因此这种发光现象又称为高场电致发光 。 阴极射线发光(cathodeluminescence) 发光物质在电子束激发下所产生的发光。 电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二次电子，其中一部分由于二次发射损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁形式释放所吸收的能量，这些跃迁的比例决定了发光的效率。 通常电子束激发时，电子所具有的能量是很大的，都在几千电子伏以上，甚至达几万电子伏。一个高速电子的能量是光子能量的几千倍或更多，这足以产生干百个发光辐射光子。 如电视机显像管CRT。 辐射发光 在X射线、?射线、?粒子、?粒子等高能粒子激发下，发光物质所产生的发光被称做X射线及高能粒子发光。 发光物质对X射线和高能粒子能量的吸收包括三个过程：带电粒子的减速、高能光子的吸收和电子-正电子对的形成。 如闪烁体NaI:Tl；Bi3Ge3O12单晶等。 化学发光和生物发光 化学发光：由化学反应过程中释放出来的能量激发发光物质所产生的发光，被称作化学发光。 生物发光：在生物体内，由子生命过程的变化，其相应的生化反应释放的能最激发发光物质所产生的发光被称作生物发光。 光致发光(Photoluminescence) 光致发光(Photoluminescence)是用光激发发光体引起的发光现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段。 光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。 光致发光材料可分为荧光灯用发光材料、LED发光材料、PDP用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。 光致发光过程 ① 基质晶格吸收激发能； ② 基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发； ③ 被激发的离子发光而返回基态。 若基质中有激活中心A和敏化中心S，同时基质的吸收不产生辐射，那么有A吸收激发能后产生辐射，实现“发光”；S吸收激发能，并将能量传递给A，再由A辐射出来，这一过程称为“敏化发光”。 发光材料的光致发光原理图 稀土的电子层结构 Sc [Ar]3d14s2 Y [Kr]4d