材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件

1、材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件第一章 電磁輻射與材料結(jié)構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) 電磁輻射與物質(zhì)波電磁輻射與物質(zhì)波 第二節(jié)第二節(jié) 材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件2 第一節(jié) 電磁輻射與物質(zhì)波 一、電磁輻射與波粒二象性一、電磁輻射與波粒二象性 二、電磁波譜二、電磁波譜 三、物質(zhì)波三、物質(zhì)波 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件3 一、電磁輻射與波粒二象性l電磁輻射（電磁輻射（也可稱為也可稱為電磁波電磁波，有時(shí)也將部分譜域的電，有時(shí)也將部分譜域的電磁波泛稱為磁波泛稱為光光）：在空間傳播的交變電磁場(chǎng)。）：在空間傳播的交變電磁場(chǎng)。 l根據(jù)量子理論，根據(jù)量子理論，電磁波具有波粒二象性電磁波具有波粒二象性。 l波動(dòng)性：波

2、動(dòng)性：電磁波電磁波在空間的傳播遵循波動(dòng)方程。在空間的傳播遵循波動(dòng)方程。描述電描述電磁波波動(dòng)性的主要物理參數(shù)有：磁波波動(dòng)性的主要物理參數(shù)有：波長(zhǎng)波長(zhǎng)（ ）、）、波數(shù)波數(shù)（ 或或K或或 ）、）、頻率頻率（ ）及）及相位相位（ ）等。）等。 =c（光速）（光速） l微粒性微粒性：電磁波是由光子所組成的光子流。描述電磁：電磁波是由光子所組成的光子流。描述電磁波微粒性的主要物理參數(shù)有：光子能量（波微粒性的主要物理參數(shù)有：光子能量（E）和光子）和光子動(dòng)量（動(dòng)量（p）等）等 。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件4 l波動(dòng)性與微粒性的關(guān)系：波動(dòng)性與微粒性的關(guān)系： E=h （=hc/ ） P=h/ l等式左邊與右邊分別為

3、表示電磁波微粒性與波等式左邊與右邊分別為表示電磁波微粒性與波動(dòng)性的參數(shù)動(dòng)性的參數(shù) 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件5 二、電磁波譜 將電磁波按波長(zhǎng)（或頻率）順序排列即構(gòu)成將電磁波按波長(zhǎng)（或頻率）順序排列即構(gòu)成電磁波譜電磁波譜。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件6 中間部分中間部分，包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線（紅外光），包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線（紅外光），統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為光學(xué)光譜光學(xué)光譜，一般所謂光譜僅指此部分而言。，一般所謂光譜僅指此部分而言。短波部分短波部分（高能部分）（高能部分），包括，包括X射線和射線和 射射線（以及宇宙射線），此部分可稱線（以及宇宙射線），此部分可稱射線譜射線譜。長(zhǎng)波部分長(zhǎng)波部分（低能部分）

4、（低能部分），包括射頻波（無(wú)線，包括射頻波（無(wú)線電波）與微波，有時(shí)習(xí)慣上稱此部分為電波）與微波，有時(shí)習(xí)慣上稱此部分為波譜波譜。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件7 三、物質(zhì)波 l運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子也具有波粒二象性，稱為運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子也具有波粒二象性，稱為物質(zhì)波物質(zhì)波 或或德布羅意波德布羅意波，如電子波、中子波等。，如電子波、中子波等。 l德布羅意關(guān)系式德布羅意關(guān)系式 (=h/p)=h/mv 式中，式中，p運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子的動(dòng)量；運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子的動(dòng)量；m質(zhì)量；質(zhì)量；v速率。速率。 l對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的粒子，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的粒子，m為相對(duì)論質(zhì)量為相對(duì)論質(zhì)量，有，有 l當(dāng)當(dāng)vc時(shí)，時(shí)，m m0。 20)(1cvmm透射電鏡透射電鏡

5、和和電子衍射電子衍射是基于電子的波動(dòng)性而建立起來(lái)的。是基于電子的波動(dòng)性而建立起來(lái)的。 根據(jù)中子的波動(dòng)性建立了根據(jù)中子的波動(dòng)性建立了中子衍射中子衍射。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件電子波（運(yùn)動(dòng)電子束）波長(zhǎng) 將電子電荷將電子電荷e1.6010-19C、電子質(zhì)量、電子質(zhì)量m m0=9.1110-31kg及及h值代入上式，得值代入上式，得 式中，式中， 以以nm為單位，為單位，V以以V單位。單位。eVmv 221meVv2emVh2V225. 1代入德布羅意物質(zhì)波公式，得代入德布羅意物質(zhì)波公式，得材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件9 不同加速電壓下電子波的波長(zhǎng)（經(jīng)相對(duì)論校正）不同加速電壓下電子波的波長(zhǎng)（經(jīng)相對(duì)論校正）1n

6、m=10 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件10 第二節(jié) 材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 一、原子能態(tài)及其表征一、原子能態(tài)及其表征 二、分子運(yùn)動(dòng)與能態(tài)二、分子運(yùn)動(dòng)與能態(tài) 三、原子的磁矩和原子核自旋三、原子的磁矩和原子核自旋 四、固體的能帶結(jié)構(gòu)四、固體的能帶結(jié)構(gòu) 五、晶體結(jié)構(gòu)五、晶體結(jié)構(gòu) 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件11 一、原子能態(tài)及其表征1原子結(jié)構(gòu)與電子量子數(shù)原子結(jié)構(gòu)與電子量子數(shù) 2原子能態(tài)與原子量子數(shù)原子能態(tài)與原子量子數(shù) 3原子基態(tài)、激發(fā)、電離及能級(jí)躍遷原子基態(tài)、激發(fā)、電離及能級(jí)躍遷 與原子光譜有關(guān)的與原子光譜有關(guān)的結(jié)構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)知識(shí)材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件12 1原子結(jié)構(gòu)與電子量子數(shù) l原子由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成。一般原

7、子由原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成。一般近似認(rèn)為核外電子在各自的軌道上運(yùn)動(dòng)并用近似認(rèn)為核外電子在各自的軌道上運(yùn)動(dòng)并用“電子層電子層”形象化描述電子的分布狀況。形象化描述電子的分布狀況。 l核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由n(主量子數(shù)主量子數(shù))、l(角量角量子數(shù)子數(shù))、m(磁量子數(shù)磁量子數(shù))、s(自旋量子數(shù)自旋量子數(shù))和和ms(自自旋磁量子數(shù)旋磁量子數(shù))表征。表征。 l5個(gè)量子數(shù)也相應(yīng)表征了電子的能量狀態(tài)個(gè)量子數(shù)也相應(yīng)表征了電子的能量狀態(tài)(能能級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu))。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件13 n、l、m對(duì)核外電子狀態(tài)的表征意義材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件14 原子的電子能級(jí)示意圖原子的電子能級(jí)示意圖材

8、料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件15 2原子能態(tài)與原子量子數(shù) l多電子原子中，存在著電子與電子相互作用等復(fù)雜多電子原子中，存在著電子與電子相互作用等復(fù)雜情況，量子理論將這些復(fù)雜作用分解為：情況，量子理論將這些復(fù)雜作用分解為： l軌道軌道-軌道相互作用軌道相互作用：各電子軌道角動(dòng)量之間的作用：各電子軌道角動(dòng)量之間的作用 l自旋自旋-自旋相互作用自旋相互作用：各電子自旋角動(dòng)量之間的作用：各電子自旋角動(dòng)量之間的作用 l自旋自旋-軌道相互作用軌道相互作用：指電子自旋角動(dòng)量與其軌道角：指電子自旋角動(dòng)量與其軌道角動(dòng)量的作用（單電子原子中也存在此作用）動(dòng)量的作用（單電子原子中也存在此作用） l并將軌道并將軌道-軌道及自

9、旋軌道及自旋-自旋作用合稱為自旋作用合稱為剩余相互作用剩余相互作用，進(jìn)而通過(guò)對(duì)各角動(dòng)量進(jìn)行加和組合的過(guò)程（稱為進(jìn)而通過(guò)對(duì)各角動(dòng)量進(jìn)行加和組合的過(guò)程（稱為偶偶合合）獲得表征原子整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與能態(tài)的原子量子獲得表征原子整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與能態(tài)的原子量子數(shù)數(shù)。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件16 lJ-J偶合偶合：當(dāng)剩余相互作用小于自旋：當(dāng)剩余相互作用小于自旋-軌道相互作用時(shí)，軌道相互作用時(shí)，先考慮后者的偶合（適用于重元素原子）。先考慮后者的偶合（適用于重元素原子）。 lL-S偶合偶合：當(dāng)剩余相互作用大于自旋：當(dāng)剩余相互作用大于自旋-軌道相互作用時(shí)，軌道相互作用時(shí)，先考慮前者的偶合先考慮前者的偶合適用于輕元素和中

10、等元素（適用于輕元素和中等元素（Z40）的原子的原子。 lL-S偶合可記為偶合可記為 （s1，s2，）（）（l1，l2，）=（S，L）=J （1-9） l此式表示將各電子自旋角動(dòng)量（此式表示將各電子自旋角動(dòng)量（ ， ，）與各）與各電子軌道角動(dòng)量（電子軌道角動(dòng)量（ ， ，）分別加和（矢量和），）分別加和（矢量和），獲得原子的總自旋角動(dòng)量獲得原子的總自旋角動(dòng)量PS與總軌道角動(dòng)量與總軌道角動(dòng)量PL，然后，然后再由再由PS與與PL合成總（自旋合成總（自旋-軌道）角動(dòng)量軌道）角動(dòng)量PJ（即（即PJ=PS+PL）。）。 1sP2sP1lP2lP偶合方式材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件17 l按按L-S偶合，得到偶合

11、，得到S、L、J、MJ等表征原子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等表征原子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原子量子數(shù)的原子量子數(shù)。 lS稱總自旋量子數(shù)稱總自旋量子數(shù)，表征，表征PS的大小。的大小。 lL稱總（軌道）角量子數(shù)稱總（軌道）角量子數(shù)，表征，表征PL的大小。的大小。 lJ稱內(nèi)量子數(shù)（或總量子數(shù)）稱內(nèi)量子數(shù)（或總量子數(shù)），表征，表征PJ的大??；的大??；J為正為正整數(shù)或半整數(shù)，取值為：整數(shù)或半整數(shù)，取值為：L+S，L+S-1，L+S-2，L-S，若，若LS，則，則J有有2S+1個(gè)值，若個(gè)值，若LS，則，則J有有2L+1個(gè)值。個(gè)值。 lMJ稱總磁量子數(shù)稱總磁量子數(shù)，表征，表征PJ沿外磁場(chǎng)方向分量的大小，沿外磁場(chǎng)方向分量的大小，MJ取值為

12、：取值為：0， 1， 2， J（當(dāng)（當(dāng)J為整數(shù)時(shí)）或?yàn)檎麛?shù)時(shí)）或 1/2， 3/2， J（當(dāng)（當(dāng)J為半整數(shù)時(shí)）。為半整數(shù)時(shí)）。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件18 l用用n（主量子數(shù)）、（主量子數(shù)）、S、L、J、MJ等量子數(shù)表征原子等量子數(shù)表征原子能態(tài)，則原子能級(jí)由符號(hào)能態(tài)，則原子能級(jí)由符號(hào)nMLJ表示，稱為表示，稱為光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)。 符號(hào)中，對(duì)應(yīng)于符號(hào)中，對(duì)應(yīng)于L0，1，2，3，4，常用大寫(xiě)字母，常用大寫(xiě)字母S、P、D、F、G等表示。等表示。 光譜支項(xiàng)光譜支項(xiàng) lM表示光譜項(xiàng)多重性（稱譜線多重性符號(hào)），即表示表示光譜項(xiàng)多重性（稱譜線多重性符號(hào)），即表示n與與L一定的光譜項(xiàng)可產(chǎn)生一定的光譜項(xiàng)可產(chǎn)生M個(gè)能

13、量稍有不同的分裂能個(gè)能量稍有不同的分裂能級(jí)（每一分裂能級(jí)稱為一個(gè)級(jí)（每一分裂能級(jí)稱為一個(gè)光譜支項(xiàng)光譜支項(xiàng)），此種能級(jí)分），此種能級(jí)分裂取決于裂取決于J，每一個(gè)光譜支項(xiàng)對(duì)應(yīng)于，每一個(gè)光譜支項(xiàng)對(duì)應(yīng)于J的一個(gè)確定取值，的一個(gè)確定取值，而而M則為則為J的可能取值的個(gè)數(shù)的可能取值的個(gè)數(shù), l 即即LS時(shí)，時(shí)，M=2S+1光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)n（2s+1)LJ LS時(shí)，時(shí)，M=2L+1 光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)n（2L+1)LJ 光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件19 l當(dāng)有外磁場(chǎng)存在時(shí)，光譜支項(xiàng)將進(jìn)一步分裂為當(dāng)有外磁場(chǎng)存在時(shí)，光譜支項(xiàng)將進(jìn)一步分裂為能量差異更小的若干能級(jí)（此種現(xiàn)象稱能量差異更小的若干能級(jí)（此種現(xiàn)象稱塞曼分塞

14、曼分裂裂）。其分裂情況取決于）。其分裂情況取決于MJ，每一分裂能級(jí)，每一分裂能級(jí)對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于MJ的一個(gè)取值，分裂能級(jí)的個(gè)數(shù)則為的一個(gè)取值，分裂能級(jí)的個(gè)數(shù)則為MJ可能取值的個(gè)數(shù)?？赡苋≈档膫€(gè)數(shù)。 塞曼分裂塞曼分裂材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件l原子的電子排布中凡充滿殼層原子的電子排布中凡充滿殼層s2、p6、 d10、 f14 等的總軌道角動(dòng)量量子數(shù)等的總軌道角動(dòng)量量子數(shù)L、總、總自旋角動(dòng)量量子數(shù)自旋角動(dòng)量量子數(shù)S、總軌道磁量子數(shù)、總軌道磁量子數(shù)ML、總自旋磁量子數(shù)、總自旋磁量子數(shù)Ms都為零，發(fā)生躍都為零，發(fā)生躍遷的也往往是外層電子，所以，考慮光遷的也往往是外層電子，所以，考慮光譜項(xiàng)時(shí)只需考慮開(kāi)殼層上的電

15、子。譜項(xiàng)時(shí)只需考慮開(kāi)殼層上的電子。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件 L：總角量子數(shù)，總角量子數(shù)， 其數(shù)值為外層其數(shù)值為外層價(jià)電價(jià)電子角量子數(shù)子角量子數(shù) l 的矢量和，即的矢量和，即Lmax = liL的取值范圍的取值范圍： 0, 1, 2, 3, , Lmax相應(yīng)的符號(hào)為相應(yīng)的符號(hào)為：S, P, D, F，寫(xiě)出外層電子排布，將寫(xiě)出外層電子排布，將 l 加和加和。如：如：P3組態(tài)組態(tài)： l1 l2 l3 1, Lmax3可能的取值可能的取值：0, 1, 2, 3材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件S：總自旋。總自旋。其值為各價(jià)電子其值為各價(jià)電子自旋自旋s(其其值為值為 )的矢量和。的矢量和。21Smax = Si如：如

16、：P3組態(tài)組態(tài)： Smax3/2當(dāng)電子數(shù)為偶數(shù)時(shí)，當(dāng)電子數(shù)為偶數(shù)時(shí)，S取零或者整數(shù)，取零或者整數(shù)，0,1,2，當(dāng)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)，當(dāng)電子數(shù)為奇數(shù)時(shí)，S取半整數(shù)，取半整數(shù)，1/2，3/2材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件J：內(nèi)量子數(shù)。其值為內(nèi)量子數(shù)。其值為各個(gè)價(jià)電子組合得各個(gè)價(jià)電子組合得到的到的總角量子數(shù)總角量子數(shù) L與總自旋與總自旋 S的的矢量和。矢量和。 若若LS，則則J有有(2S+1)個(gè)值；個(gè)值； 若若LS，則則J有有(2L+1)個(gè)值。個(gè)值。 J 的取值范圍：的取值范圍： L + S, (L + S 1), (L + S 2), , L - S J 的取值個(gè)數(shù)：的取值個(gè)數(shù)： 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件例：根

17、據(jù)原子的電子構(gòu)型求光譜項(xiàng)。例：根據(jù)原子的電子構(gòu)型求光譜項(xiàng)。1. 鈉原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)。鈉原子基態(tài)和激發(fā)態(tài)。解解：(1)(1)鈉原子基態(tài)鈉原子基態(tài) (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1 原子實(shí)：包括原子核和其它原子實(shí)：包括原子核和其它全充滿殼層（閉合殼層）中全充滿殼層（閉合殼層）中的電子。的電子。 光學(xué)電子：光學(xué)電子：填充在未充滿殼層中的電子填充在未充滿殼層中的電子。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件例如：?jiǎn)蝺r(jià)電子例如：?jiǎn)蝺r(jià)電子 或或 Na: 3s1-(3s1,4s,5s.)-(3p,4p,5p)-(3d,4d,5d)S=+1/2; L=l=0; J=L+S, L-S=1/2 3S1/2 b) S=+1

18、/2; L=l=1; J=L+S, L-S=3/2, 1/2 32P1/2，32P3/2 c) S=+1/2; L=l=2; J=L+S, L-S=5/2, 3/2 32D3/2, 32D5/2材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件鈉原子由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射兩條譜線鈉原子由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷發(fā)射兩條譜線第一激發(fā)態(tài)光譜支項(xiàng)第一激發(fā)態(tài)光譜支項(xiàng) ： 32P1/2 和和 32P3/2 基態(tài)光譜項(xiàng)：基態(tài)光譜項(xiàng)：3S1/232P3/2- 3S1/2 ，588.99 nm32P1/2- 3S1/2 ，589.59 nm材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件27 例如：某原子的一個(gè)光譜項(xiàng)為例如：某原子的一個(gè)光譜項(xiàng)為23PJ，即有，即

19、有n=2，L=1，設(shè)，設(shè)S=1，（故，（故M=2S+1=3），則），則J=2，1，0。當(dāng)。當(dāng)J2時(shí)，時(shí)，MJ=0， 1， 2；J=1時(shí)，時(shí)，MJ=0， 1；J=0時(shí)，時(shí)，MJ0。23PJ光譜項(xiàng)及其分裂如圖光譜項(xiàng)及其分裂如圖1-2所示。所示。 圖圖1-2 23PJ譜項(xiàng)及其分裂示意圖譜項(xiàng)及其分裂示意圖 光譜項(xiàng)光譜項(xiàng)nMLJ J為正整數(shù)或半整數(shù)，取值為：為正整數(shù)或半整數(shù)，取值為：L+S，L+S-1，L+S-2， L-S ，若，若LS，則，則J有有2S+1個(gè)值，若個(gè)值，若LS，則則J有有2L+1個(gè)值。個(gè)值。 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于L0，1，2，3，4，常用，常用大寫(xiě)字母大寫(xiě)字母S、P、D、F、G等表示。等表示。

20、 LS時(shí)，時(shí)，M=2S+1；LS時(shí)，時(shí)，M=2L+1。 MJ取值為：取值為：0， 1， 2， J（當(dāng)（當(dāng)J為整數(shù)時(shí)）或?yàn)檎麛?shù)時(shí)）或 1/2， 3/2， J（當(dāng)（當(dāng)J為半整數(shù)時(shí)）。為半整數(shù)時(shí)）。 試練習(xí)本章習(xí)題試練習(xí)本章習(xí)題1-3材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件28 3. 原子基態(tài)、激發(fā)、電離及能級(jí)躍遷 l通常，原子核外電子遵從通常，原子核外電子遵從能量最低原理能量最低原理、包利包利（Pauli）不相容原理）不相容原理和和洪特（洪特（Hund）規(guī)則）規(guī)則，分布于，分布于各個(gè)能級(jí)上，此時(shí)原子處于能量最低狀態(tài)，稱之為各個(gè)能級(jí)上，此時(shí)原子處于能量最低狀態(tài)，稱之為基基態(tài)態(tài)。 l原子中的一個(gè)或幾個(gè)電子由基態(tài)所處能級(jí)

21、躍遷到高能原子中的一個(gè)或幾個(gè)電子由基態(tài)所處能級(jí)躍遷到高能級(jí)上，這時(shí)的原子狀態(tài)稱級(jí)上，這時(shí)的原子狀態(tài)稱激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)，是高能態(tài)；而原子，是高能態(tài)；而原子由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過(guò)程稱為由基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過(guò)程稱為激發(fā)激發(fā)。 l激發(fā)需要能量，此能量稱為激發(fā)需要能量，此能量稱為激發(fā)能激發(fā)能，常以電子伏特，常以電子伏特（eV）表示，稱為）表示，稱為激發(fā)電位激發(fā)電位。 l激發(fā)能的大小激發(fā)能的大小應(yīng)等于電子被激發(fā)后所處（高）能級(jí)與應(yīng)等于電子被激發(fā)后所處（高）能級(jí)與激發(fā)前所處能級(jí)（能量）之差。激發(fā)前所處能級(jí)（能量）之差。復(fù)習(xí)并掌握這些基復(fù)習(xí)并掌握這些基本概念的含義。本概念的含義。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件29 l原子

22、激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定態(tài)，大約只能存在原子激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定態(tài)，大約只能存在10-8s10-10s，電子將隨即返回基態(tài)。電子將隨即返回基態(tài)。 l原子中電子受激向高能級(jí)躍遷或由高能級(jí)向低能級(jí)躍原子中電子受激向高能級(jí)躍遷或由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷均稱為遷均稱為電子躍遷電子躍遷或或能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷。 l電子由高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷可分為兩種方式：電子由高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷可分為兩種方式：輻射輻射躍遷躍遷和和無(wú)輻射躍遷無(wú)輻射躍遷 l躍遷過(guò)程中多余的能量即躍遷前后能量差以電磁輻射躍遷過(guò)程中多余的能量即躍遷前后能量差以電磁輻射的方式放出，稱之為的方式放出，稱之為輻射躍遷輻射躍遷； l若多余的能量轉(zhuǎn)化為熱能等形式，則稱之為若

23、多余的能量轉(zhuǎn)化為熱能等形式，則稱之為無(wú)輻射躍無(wú)輻射躍遷遷。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件30 l原子中的電子獲得足夠的能量就會(huì)脫離原子核的束縛，原子中的電子獲得足夠的能量就會(huì)脫離原子核的束縛，產(chǎn)生產(chǎn)生電離電離。 l使原子電離所需的能量稱之為使原子電離所需的能量稱之為電離能電離能，常以電子伏特，常以電子伏特表示，稱為表示，稱為電離電位電離電位。 l原子失去一個(gè)電子，稱為原子失去一個(gè)電子，稱為一次電離一次電離。 l再次電離使原子再失去一個(gè)電子，稱為再次電離使原子再失去一個(gè)電子，稱為二次電離二次電離。 l三次電離等依次類(lèi)推。三次電離等依次類(lèi)推。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件31 二、分子運(yùn)動(dòng)與能態(tài) 1. 分子總能

24、量與能級(jí)結(jié)構(gòu)分子總能量與能級(jí)結(jié)構(gòu) 2. 分子軌道與電子能級(jí)分子軌道與電子能級(jí) 3. 分子的振動(dòng)與振動(dòng)能級(jí)分子的振動(dòng)與振動(dòng)能級(jí)與分子光譜有關(guān)與分子光譜有關(guān)的結(jié)構(gòu)知識(shí)的結(jié)構(gòu)知識(shí)材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件32 1. 分子總能量與能級(jí)結(jié)構(gòu) 一般可近似認(rèn)為，分子總能量（一般可近似認(rèn)為，分子總能量（E）：）： E= Ee+Ev+Er （1-10） Ee電子運(yùn)動(dòng)能（主要指核外電子）電子運(yùn)動(dòng)能（主要指核外電子） Ev分子振動(dòng)能分子振動(dòng)能 Er分子轉(zhuǎn)動(dòng)能分子轉(zhuǎn)動(dòng)能一個(gè)分子的能量，作為一級(jí)近似，可以看作由幾個(gè)具有加和性的量子一個(gè)分子的能量，作為一級(jí)近似，可以看作由幾個(gè)具有加和性的量子化成分組成：分子的平移運(yùn)動(dòng)能、分子

25、轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)能、組成分子的原子化成分組成：分子的平移運(yùn)動(dòng)能、分子轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)能、組成分子的原子或離子的振動(dòng)能、分子中電子的運(yùn)動(dòng)能和核運(yùn)動(dòng)能。即：或離子的振動(dòng)能、分子中電子的運(yùn)動(dòng)能和核運(yùn)動(dòng)能。即： E=E0E平平E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)E振振E電電E核核 E0為基態(tài)能為基態(tài)能 分子是由原子組成的。分子的運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)能態(tài)遠(yuǎn)比原子復(fù)雜。分子是由原子組成的。分子的運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)能態(tài)遠(yuǎn)比原子復(fù)雜。材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件33 （雙原子）分子能級(jí)（結(jié)構(gòu)）示意圖（雙原子）分子能級(jí)（結(jié)構(gòu)）示意圖A、B-電子能級(jí)電子能級(jí)V 、V -振動(dòng)能級(jí)振動(dòng)能級(jí)J 、J -轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)對(duì)應(yīng)于紫外可對(duì)應(yīng)于紫外可見(jiàn)區(qū)域見(jiàn)區(qū)域紫外可見(jiàn)吸紫外可見(jiàn)吸收光譜收光譜紅

26、外區(qū)域紅外區(qū)域紅外光譜紅外光譜 拉曼光譜拉曼光譜材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件34 2. 分子軌道與電子能級(jí) l分子軌道理論分子軌道理論 l分子軌道可近似用原子軌道的線性組合表示。分子軌道可近似用原子軌道的線性組合表示。 分子軌道可分為：分子軌道可分為： 成鍵軌道：成鍵軌道：自旋反向的未成對(duì)電子配對(duì)形成，比參與組自旋反向的未成對(duì)電子配對(duì)形成，比參與組合的原子軌道能量低合的原子軌道能量低反鍵軌道反鍵軌道：自旋同向的未成對(duì)電子配對(duì)形成，比參與組：自旋同向的未成對(duì)電子配對(duì)形成，比參與組合的原子軌道能量高合的原子軌道能量高 l根據(jù)分子軌道沿鍵軸的分布特點(diǎn)（由形成分子軌道的根據(jù)分子軌道沿鍵軸的分布特點(diǎn)（由形成分

27、子軌道的原子軌道重疊方式所決定），將其分為原子軌道重疊方式所決定），將其分為 軌道軌道（軌道（軌道上相應(yīng)的電子及成鍵作用稱上相應(yīng)的電子及成鍵作用稱 電子與電子與 鍵）和鍵）和 軌道軌道（相應(yīng)的（相應(yīng)的 電子與電子與 鍵）等。鍵）等。 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件35 l電子的分子軌道運(yùn)動(dòng)能量電子的分子軌道運(yùn)動(dòng)能量與參與組合的原子軌道能與參與組合的原子軌道能量及它們的重疊程度有關(guān)。量及它們的重疊程度有關(guān)。 l分子中的電子在其電子能分子中的電子在其電子能級(jí)中的分布也遵從能量最級(jí)中的分布也遵從能量最低原理與包利不相容原理。低原理與包利不相容原理。 O2分子電子能級(jí)示意圖分子電子能級(jí)示意圖 帶帶“*”者為反

28、鍵軌道者為反鍵軌道(如如 2s*) 無(wú)無(wú)“*”者為成健軌道者為成健軌道(如如 2s) 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件36 3. 分子的振動(dòng)與振動(dòng)能級(jí) （1）雙原子分子的振動(dòng)）雙原子分子的振動(dòng) （2）多原子分子的振動(dòng)）多原子分子的振動(dòng) 材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件37 （1）雙原子分子的振動(dòng) l分子振動(dòng)分子振動(dòng)：分子中原子（或原子團(tuán)）以平衡位置為：分子中原子（或原子團(tuán)）以平衡位置為中心的相對(duì)（往復(fù)）運(yùn)動(dòng)。中心的相對(duì)（往復(fù)）運(yùn)動(dòng)。 l雙原子分子的振動(dòng)模型：雙原子分子的振動(dòng)模型：彈簧諧振子模型彈簧諧振子模型 l虎克定律：虎克定律： （1-11） 諧振子振動(dòng)頻率諧振子振動(dòng)頻率 K彈簧力常數(shù)（化學(xué)鍵力常數(shù)）彈簧力常數(shù)（化學(xué)鍵力常數(shù)） 小球折合質(zhì)量（原子折合質(zhì)量小球折合質(zhì)量（原子折合質(zhì)量 ） （1-12） /21k2121mmmm材料輻射與材料結(jié)構(gòu)課件38 l分子振動(dòng)與彈簧諧振子的不同之處在于：分子振動(dòng)與彈簧諧振子的不同之處在于：振動(dòng)能量振動(dòng)能量是量子化的。是量子化的。按量子理論的推導(dǎo)，有按量子理論的推導(dǎo)，有 （1-13） Ev分子振動(dòng)能；分子振動(dòng)能； V振動(dòng)量子數(shù)，振動(dòng)量子數(shù)，V可取值可取值0，1，2，； h普朗克常數(shù)。普朗克常數(shù)。 hVE)21(紅外光譜圖上有時(shí)除有基頻吸收帶之外，還可能紅外光譜圖上有時(shí)除有基頻吸收帶之外，還可能出現(xiàn)倍頻、組合頻等吸收帶。出現(xiàn)倍頻