《稀土发光材料》课件

《《稀土发光材料》课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1第七章稀土发光材料21.固体的发光某一固体化合物受到光子、带电粒子、电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收、存储、传递和转换过程。如果激发能量转换为可见光区的电磁辐射，这个物理过程称为固体的发光。3发光材料由基质和激活剂组成，在一些材料中，还搀入其它杂质离子来改善发光性能。基质：作为材料主体的化合物；激活剂：作为发光中心的少量搀杂离子。4发光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷结构、能带结构、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。5⑴固体发光与晶体内部结构晶体中的能带有价带、导带、禁带。但是，在实际晶体中，可能存在杂质原子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规则排列，从而产生一些特殊

2、的能级，称为缺陷能级。6作为发光材料的晶体，往往有目的地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级，它们对晶体的发光起着关键作用。7发光是去激发的一种方式。晶体中电子的被激发和去激发互为逆过程。被激发和去激发可能在价带、导带和缺陷能级中任意两个之间进行。8被激发和去激发发生的过程如下：①价带与导带之间；②价带与缺陷能级之间；③缺陷能级与导带之间；④两个不同能量的缺陷能级之间。9电子在去激发跃迁过程中，将所吸收的能量释放出来，转换成光辐射。辐射的光能取决于电子跃迁前后所在能带(或能级)之间的能量差值。10在去激发跃迁过程中，电子也可能将一部分能量转移给其它原子，这时电子辐射的光能小于跃迁前后电子所在能带(

3、或能级)的能量差。11⑵发光过程固体发光的物理过程示意图如下：其中，M表示基质晶格；A和S为搀杂离子；并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。12这时，基质晶格M吸收激发能，传递给搀杂离子，使其上升到激发态，它返回基态时可能有以下三种途径：13①以热的形式把激发能量释放给邻近的晶格，称为“无辐射弛豫”，也叫荧光猝灭；②以辐射形式释放激发能量，称“发光”；14③S将激发能传递给A，即S吸收的全部或部分激发能由A产生发射而释放出来，这种现象称为“敏化发光”，A称为激活剂，S通常被称为A的敏化剂。15⑶荧光和磷光激活剂吸收能量后，激发态的寿命极短，一般大约仅10-8s就会自动地回到基态而放出光子，这种发

4、光现象称为荧光。撤去激发源后，荧光立即停止。16被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光，这种发光现象称为磷光。有时磷光能持续几十分钟甚至数小时，这种发光物质就是通常所说的长余辉材料。17即：“荧光”指的是激发时的发光，而“磷光”指的是发光在激发停止后，可以持续一段时间。182.稀土的电子层结构和光谱学性质发光的本质是能量的转换，稀土之所以具有优异的发光性能，就在于它具有优异的能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层结构决定的。19⑴稀土元素基态原子的电于层构型Scls22s22p63s23p63d14s2Yls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2Ln（La----Lu）l

5、s22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s220⑵稀土元素的价态其中，横坐标为原子序数，纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。21⑶稀土离子的发光特点+3价稀土离子的发光特点①具有f--f跃迁的发光材料的发射光谱呈线状，色纯度高；②荧光寿命长；22③由于4f轨道处于内层，材料的发光颜色基本不随基质的不同而改变；④光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。23在+3价稀土离子中，Y3+和La3+无4f电子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适用于作基质材料。24从Ce3+到Yb3+，电子依次填

6、充在4f轨道，从f1到f13，其电子层中都具有未成对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适于作为发光材料的激活离子。25非正常价态稀土离子的光谱特性价态的变化是引发、调节和转换材料功能特性的重要因素，发光材料的某些功能往往可通过稀土价态的改变来实现。①+2价态稀土离子的光谱特性②+4价态稀土离子的光谱特性26①+2价态稀土离子的光谱特性+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构型：4fn-15d1和4fn。4fn-15dl构型的特点是5d轨道裸露于外层，受外部场的影响显著。274fn-15dl→4fn(即d--f跃迁)的跃迁发射呈宽带，强度较高，荧光寿命短，发射光谱随基质组成、结构的改变而发生

7、明显变化。与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被压缩，最终导致最低激发态能量降低，谱线红移。28②+4价态稀土离子的光谱特性+4价态稀土离子和与其相邻的前一个+3价稀土离子具有相同的4f电子数目。例如，Ce4+和La3+，Pr4+和Ce3+，Tb4+和Gd3+等。29+4价态稀土离子的电荷迁移带能量较低，吸收峰往往移到可见光区。如Ce4+与Ce3+的混价电荷迁移跃迁形成的吸收峰已延伸到450nm附近，Tb