功能材料及其应用复习资料 - 图文(7)

性光电导 , 所以复合发光又叫“光电导型”发光。

规定当激发停止时的发光亮度 L 衰减到 Lo 的 10% 时 , 所经历的时间为余辉时间 , 简称余辉。如人眼能感觉到余辉的长发光期间者为磷光 , 人眼感觉不到余辉的短发光期间者为荧光。

用紫外光、可见光及红外光激发发光材料而产生发光的现象称为光致发光 , 这种发光材料称为光致发光材料。

光致发光是一种三步过程 : ①吸收一个光子 ; ②把激发能转移到荧光中心 ; ③由荧光中心发射辐射。发光的滞后时间约为 10-8s 的称为荧光 , 衰减时间大于 10-8s 的称为磷光。

光的吸收和荧光发射均与材料的分子结构有关。材料吸收光除了可以转变为荧光外 , 还可以转变为其他形式的能量。因而 , 产生荧光最重要条件是分子必须在激发态有一定的稳定性 , 即如前所述的能够持续约 10-8s 的时间。多数分子不具备这一条件 , 它们在荧光发射以前就以其他形式释放了所吸收的能量。只有具备共轭键系统的分子才能使激发态保持相对稳定而发射荧光。

荧光材料主要是以苯环为基的芳香族化合物和杂环化合物。 具有缺陷的某些复杂的无机晶体物质 , 在光激发时和光激发停止后一定时间内 ( ＞ 10-8s)能够发光 , 这些晶体称为磷光材料。磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部分。

稀土三基色荧光粉分别是红粉、绿粉、蓝粉按一定比例混合而成。它解决了卤磷酸盐长期存在的光效和显色性不能同时提高的矛盾 , 更由于这类材料具有耐高负荷、耐高温的优异性能 , 成为新一

代灯用荧光粉材料。

Y2 O3 : Eu3+ 是效率高、色纯度好、光衰性能稳定而惟一达到制灯要求的稀土红粉。绿粉在稀土三基色荧光粉中 , 对灯的光通量、显色性等起主要作用。这类材料品种最多。稀土三基色荧光粉的蓝色组分 , 已实用的有铝酸盐体系和卤磷酸盐体系。

发光体在红外光的激发下 , 发射可见光 , 这种现象称为上转换发光 , 这种发光体称为上转换发光材料。

上转换发光现象有以下三种情况 : 第一种情况是确实有一个中间能级 , 在光激发下处于基态的电子跃迁到这个中间能态。电子在这个中间能态的寿命足够长 , 以致它还可吸收另一个光子而跃迁到更高的能级。电子从这个更高的能态向基态跃迁 , 就发射出波长比激发光的波长更短的光束 ; 第二种情况是中间能级并不存在 , 但发光体可以连续吸收两个光子 , 使基态电子直接跃迁到比激发光光子的能量大得更多的能级 ; 第三种情况是两个敏化中心被激发 , 它们把激发能按先后顺序或同时传递给发光中心 , 使其中处于基态的电子跃迁到比激发光光子能量更高的能级 , 然后弛豫下来 , 发出波长短得多的光。

上转换发光材料差不多都是掺稀土元素的化合物或者就是稀土元素的化合物 , 它们均由稀土离子激活 , 其中以 Yb3+-Er3+ 最为常见。

所谓电致发光是在直流或交流电场作用下 , 依靠电流和电场的激发使材料发光的现象。 又称场致发光。这种发光材料称为电致发

光材料。或称场致发光材料。

p-n 结型电致发光材料主要指发光二极管所用材料。发光二极管是一种在低电压下发光的器件 , 它使用单晶或单晶薄膜材料。

作为发光二极管所用材料应该具有下述特性 :

(1) 发光在可见光区 , 禁带宽度能量 Eg≥1.8eV, λ≤700nm 。

(2) 材料必须容易作成 n 型及 p 型。 (3) 具有高效率的发光中心或复合发光。

(4) 效率降至初始值一半的时间要大于 105 h, 如果是多元化合物 , 这个时间至少还要大 l0 倍左右。

(5) 材料要能生长成单晶 , 并能大量生产 , 还需价廉。 经常使用的 p-n 结型电致发光材料是Ⅱ- Ⅳ族化合物和Ⅲ -Ⅴ 族化合物。

四元化合物比三元化合物具有更大的自由度 , 可以在相当宽的范围内控制禁带宽度与晶格常数。如 InGaAsP 四元化合物在室温下能提供 0.55 μm到 3.40 μm的波长。

射线致发光材料可分为阴极射线致发光材料和放射线致发光材料两种。阴极射线致发光是由电子束轰击发光物质而引起的发光现象。放射线致发光是由高能的α、β 射线 , 或 X 光射线轰击发光物质而引起的发光现象。

X 射线致发光材料的发光原理为 : 发光材料在 X 射线照射下可以发生康普顿效应 , 也可以吸收 X 射线 , 它们都可产生高速的

光电子。光电子又经过非弹性碰撞 , 产生第二代 , 第三代电子。当这些电子的能量接近发光跃迁所需的能量时 , 即可激发发光中心 , 或者离化发光中心 , 随后发出光来。因而 , 一个 X 射线的光子可以引起很多个发光光子。例如 , 发光体被一个 5OkeV 的 X 射线光子激发时 , 如果材料的发光效率较高 , 可以产生近 5 000个可见光的光子。

CaW04 是应用得最早的 X 射线发光材料 , 现仍然被广泛地应用。稀土型 X 射线发光材料有两种类型 , 一种是以稀土化合物作为基质材料。另一种是以稀土元素作为材料的激活剂。

CT系统 (X-ray Computed Tomography)。

等离子体是高度电离化的多种粒子存在的空间 , 其中带电粒子有电子、正离子 ( 也许还有负离子 ), 不带电的粒子有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。由于气体的高度电离 , 所以 带电粒子的浓度很大 , 而且带正电与带负电粒子的浓度接近相等。等离子体发光主要是利用了稀有气体中冷阴极辉光放电效应。其发光的基本原理为 : 气体的电子得到足够的能量 ( 大于气体的离化能 ) 之后 , 可以完全脱离原子 , 即被电离。这种电子比在固体中自由得多 ,它具有较大的动能 , 以较高的速度在气体中飞行。而且电子在运动过程中与其他粒子会产生碰撞 , 使更多的中性粒子电离。 在大量的中性粒子不断电离的同时 , 还有一个与电离相反的过程 , 就是复合现象。

等离子体发光材料主要是惰性气体。如前所述的那样 , 等离子

显示中用的是以氖气为基质 , 另外掺一些其他气体 , 如氦气、氩气等。这些气体主要发橙红色光。如果掺加一些氙气则可以发出紫外光 , 在放电管的近旁涂上发光粉后 , 便能实现彩色显示。

第十章 激光材料

激光材料包括激光工质材料、激光调 Q 材料、激光调频材料和激光偏转材料。

四能级系统中产生受激辐射的低能级上不像三能级系统那样总有很多粒子，在热平衡条件下可以认为经常是空的。

另外它也不是系统中的基态能级，所以容易实现粒子数反转。 激光具有下列特点：

(1) 相干性好。所有发射的光具有相同的相位。

(2) 单色性纯。因为光学共振腔被调谐到某一特定频率后，其他频率的光受到了相消干涉。

(3) 方向性好。光腔中不调制的偏离轴向的辐射经过几次反射后被逸散掉。

(4) 亮度高。激光脉冲有巨大的亮度，激光焦点处的辐射亮度比普通光高 108～1010 倍。

一台激光器通常由激光工作物质、激励源和谐振腔三部分组成。其中激光工作物质是激光器的核心，是激光器中借以发射激光的物质。对工作物质的要求是，它有一对有利于产生激光的能级。 这对能级中的上能级有足够长的寿命，也就是粒子被激发到该能级后能在

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