无机光致发光过程和机理一:光致发光过程1.光的吸收过程2.光辐射返回基态:发光3.非辐射返回基态4.能量传递二:发光机理1.能带理论2.位形坐标模型3.长余辉发光材料发光机理当外部光源、如紫外光、可见光甚至激光照射到光致发光材料时,发光材料就会发射出特征光如可见光、紫外光等,实际上光致发光材料的发光过程较复杂,一般由以下几个过程构成:(1)•基质晶格或激活剂(或称发光中心)吸收激发能。(2)•基质晶格将吸收的激发能传递给激活剂。(3)•被激活的激活剂发出荧光而返回基态,同时伴随有部分非发光跃迁,能量以热的形式散发。A为激活剂光致发光过程有时除了掺杂激活剂外,还在基质中掺杂另一种离子,称为敏化剂,这种离子能强烈地吸收激发能,然后将能量传递给激活剂,被敏化的稀土离子发出荧光而返回基态,同时伴随有非发光跃迁,能量以热的形式散发。•发光材料只有吸收激发能以后才能发光,所以吸收光谱就是表征发光材料发光性能的一个重要指标。吸收光谱•被材料吸收的光并不都能引起发光,所以就有激发光谱的概念,激发光谱表示发光强度随激发光波长的变化,它表示某一发射光可以被什么光激发。激发光谱当光照射到物体上时,一部分被反射和散射,另一部分进入物体内部,除了透过的部分外,光被吸收。一:光的吸收过程•表征发光材料吸光性能的吸收光谱和激发光谱具有各种形状,例如谱的宽窄不同,强度也不同。光谱的形状可以用位形坐标图解释。•表示的是吸收中心的势能随位形坐标的函数曲线,描述了吸收中心的一种振动模式(对称伸缩(或吸收)模式)。此图中光跃迁以垂直跃迁的形式发生,因为从基态向激发态的跃迁是电子的,而水平位移是核的,距离R是核间距。由于电子比核的迁移速度快的多,所以电子跃迁可以近似看做在静态环境内进行。发生光吸收时,发光中心从基态上升到激发态,可以用图中的垂直跃迁表示,然后核再占据合适位置,比如到达能量为E20的位置。位形坐标图•光吸收跃迁是从最低的振动能级(v=0)处开始的,因此,在R0处最可能发生跃迁。跃迁结束在激发态抛物线的棱上,因为此处激发态的振动能级取得最大值,此跃迁对应吸收带的最大值。•跃迁也可能从比R0大或小的R处开始,但概率小一些。因为R>R0时,跃迁的能量差比R=R0处小;当R0中耦合方式△R》0强耦合方式•禁止具有不同的自旋状态(△S≠0)的能级之间的电子跃迁。自旋选择定则•禁止具有同样宇称的能级之间的电子(电偶极)跃迁。宇称选择定则跃迁时遵循的选择原则并不是基态g和激发态e之间的每一个可能的跃迁都是光跃迁共价性•其为首要因素,共价性增加,电子铺展到更宽的轨道上,电子之间的相互作用减少。因为电子相互作用决定能级间的能量差,所以随着共价性增加,能级间的电子跃迁向低能方向移动,这被称为电子云扩张效应。晶体场•周围环境所造成的给定离子处的电场。光跃迁的光谱位置由晶体场的强度决定,晶体场还引起某些光跃迁的劈裂,例如f和d能级都会发生分裂,形成一系列分立能级,晶体场的不均匀对称能够消除宇称选择定则,使本来的弱发光变成高强度发光。同一发光中心在不同基质内发光性能的影响因素:二:光辐射返回基态:发光弛豫发光材料吸收激发能将发光中心带到激发态的高振动能级,然后中心回到激发态的最低振动能级,将多余的能量传递给周围离子,也可以说周围原子核调整到新的激发态位置,这样原子间距离等于激发态平衡距离,位形坐标改变了△R,此过程称为弛豫。1.发光:体系返回基态可能会将能量差以光的形式释放出来。2.非辐射返回:以其他能量而不是以光子的形式释放出来。激发态的寿命激发态的寿命是发射光谱的...