稀土發(fā)光材料分解PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1稀土發(fā)光材料分解稀土發(fā)光材料分解21. 固體的發(fā)光固體的發(fā)光某一固體化合物受到光子、帶電粒子、某一固體化合物受到光子、帶電粒子、電場(chǎng)或電離輻射的激發(fā)，會(huì)發(fā)生能量的吸收電場(chǎng)或電離輻射的激發(fā)，會(huì)發(fā)生能量的吸收、存儲(chǔ)、傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程。、存儲(chǔ)、傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程。如果激發(fā)能量轉(zhuǎn)換為可見光區(qū)的電磁輻如果激發(fā)能量轉(zhuǎn)換為可見光區(qū)的電磁輻射，這個(gè)物理過(guò)程稱為固體的發(fā)光。射，這個(gè)物理過(guò)程稱為固體的發(fā)光。第1頁(yè)/共24頁(yè)3發(fā)光材料由基質(zhì)和激活劑組成，在一些材發(fā)光材料由基質(zhì)和激活劑組成，在一些材料中，還攙入其它雜質(zhì)離子來(lái)改善發(fā)光性能。料中，還攙入其它雜質(zhì)離子來(lái)改善發(fā)光性能?；|(zhì)：作為材料主體的化合物；基質(zhì)：作為

2、材料主體的化合物；激活劑：作為發(fā)光中心的少量攙雜離子。激活劑：作為發(fā)光中心的少量攙雜離子。第2頁(yè)/共24頁(yè)4發(fā)光是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶發(fā)光是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶體內(nèi)部的缺陷結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、能量體內(nèi)部的缺陷結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、能量傳遞、載流子遷移等微觀性質(zhì)和過(guò)程傳遞、載流子遷移等微觀性質(zhì)和過(guò)程密切相關(guān)。密切相關(guān)。 第3頁(yè)/共24頁(yè)5 固體發(fā)光與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)固體發(fā)光與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶體中的能帶有價(jià)帶、導(dǎo)帶、禁帶。晶體中的能帶有價(jià)帶、導(dǎo)帶、禁帶。但是，在實(shí)際晶體中，可能存在雜質(zhì)原但是，在實(shí)際晶體中，可能存在雜質(zhì)原子或晶格缺陷，局部地破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)子或晶格缺陷，局部地破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)則排列，從而產(chǎn)

3、生一些特殊的能級(jí)，稱為缺則排列，從而產(chǎn)生一些特殊的能級(jí)，稱為缺陷能級(jí)。陷能級(jí)。第4頁(yè)/共24頁(yè)6作為發(fā)光材料的晶體，往往有目的作為發(fā)光材料的晶體，往往有目的地?cái)v雜其它雜質(zhì)離子以構(gòu)成缺陷能級(jí)，地?cái)v雜其它雜質(zhì)離子以構(gòu)成缺陷能級(jí)，它們對(duì)晶體的發(fā)光起著關(guān)鍵作用。它們對(duì)晶體的發(fā)光起著關(guān)鍵作用。第5頁(yè)/共24頁(yè)7 發(fā)光過(guò)程發(fā)光過(guò)程固體發(fā)光的物理過(guò)程示意圖如下：固體發(fā)光的物理過(guò)程示意圖如下：其中，其中，M表示基質(zhì)晶格；表示基質(zhì)晶格； A和和S為攙雜離子為攙雜離子；并假設(shè)基質(zhì)晶格并假設(shè)基質(zhì)晶格M的吸收不產(chǎn)生輻射。的吸收不產(chǎn)生輻射。第6頁(yè)/共24頁(yè)8這時(shí)，基質(zhì)晶格這時(shí)，基質(zhì)晶格M吸收激發(fā)能，傳遞吸收激發(fā)能，傳遞

4、給攙雜離子，使其上升到激發(fā)態(tài)，它返回給攙雜離子，使其上升到激發(fā)態(tài)，它返回基態(tài)時(shí)可能有以下三種途徑：基態(tài)時(shí)可能有以下三種途徑：第7頁(yè)/共24頁(yè)9以熱的形式把激發(fā)能量釋放給鄰近的晶以熱的形式把激發(fā)能量釋放給鄰近的晶格，稱為熒光猝滅；格，稱為熒光猝滅；以輻射形式釋放激發(fā)能量，稱以輻射形式釋放激發(fā)能量，稱 “發(fā)光發(fā)光” ；第8頁(yè)/共24頁(yè)10S將激發(fā)能傳遞給將激發(fā)能傳遞給A，即即S吸收的全部吸收的全部或部分激發(fā)能由或部分激發(fā)能由A產(chǎn)生發(fā)射而釋放出來(lái)，這產(chǎn)生發(fā)射而釋放出來(lái)，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為“敏化發(fā)光敏化發(fā)光”，A稱為激活劑，稱為激活劑，S通常被稱為通常被稱為A的敏化劑。的敏化劑。 第9頁(yè)/共24頁(yè)

5、11 熒光和磷光熒光和磷光激活劑吸收能量后，激發(fā)態(tài)的壽命極短激活劑吸收能量后，激發(fā)態(tài)的壽命極短，一般大約僅，一般大約僅10-8s就會(huì)自動(dòng)地回到基態(tài)而放就會(huì)自動(dòng)地回到基態(tài)而放出光子，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為熒光。出光子，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為熒光。撤去激發(fā)源后，熒光立即停止。撤去激發(fā)源后，熒光立即停止。第10頁(yè)/共24頁(yè)12被激發(fā)的物質(zhì)在切斷激發(fā)源后仍能繼續(xù)被激發(fā)的物質(zhì)在切斷激發(fā)源后仍能繼續(xù)發(fā)光，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為磷光。發(fā)光，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為磷光。有時(shí)磷光能持續(xù)幾十分鐘甚至數(shù)小時(shí)，有時(shí)磷光能持續(xù)幾十分鐘甚至數(shù)小時(shí)，這種發(fā)光物質(zhì)就是通常所說(shuō)的長(zhǎng)余輝材料。這種發(fā)光物質(zhì)就是通常所說(shuō)的長(zhǎng)余輝材料。第11頁(yè)/共24頁(yè)13

6、即：即：“熒光熒光” 指的是激發(fā)時(shí)的發(fā)指的是激發(fā)時(shí)的發(fā)光，而光，而“磷光磷光”指的是發(fā)光在激發(fā)停止指的是發(fā)光在激發(fā)停止后，可以持續(xù)一段時(shí)間。后，可以持續(xù)一段時(shí)間。第12頁(yè)/共24頁(yè)142. 稀土的電子層結(jié)構(gòu)和光譜學(xué)性稀土的電子層結(jié)構(gòu)和光譜學(xué)性質(zhì)質(zhì)發(fā)光的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，稀土之所發(fā)光的本質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，稀土之所以具有優(yōu)異的發(fā)光性能，就在于它具有優(yōu)以具有優(yōu)異的發(fā)光性能，就在于它具有優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)換功能，而這又是由其特殊的異的能量轉(zhuǎn)換功能，而這又是由其特殊的電子層結(jié)構(gòu)決定的。電子層結(jié)構(gòu)決定的。第13頁(yè)/共24頁(yè)15 稀土元素基態(tài)原子的電于層構(gòu)型稀土元素基態(tài)原子的電于層構(gòu)型Sc （鈧）（鈧） ls22s

7、22p63s23p63d14s2 Y （釔）（釔） ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2 Ln（La-Lu）（鑭系元素）（鑭系元素） ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0145s25p65d016s2 第14頁(yè)/共24頁(yè)16 稀土元素的價(jià)態(tài)稀土元素的價(jià)態(tài) 其中，橫坐標(biāo)為原子序數(shù)，其中，橫坐標(biāo)為原子序數(shù)，縱坐標(biāo)線的長(zhǎng)短表示價(jià)態(tài)變化傾向的相對(duì)大小縱坐標(biāo)線的長(zhǎng)短表示價(jià)態(tài)變化傾向的相對(duì)大小。第15頁(yè)/共24頁(yè)17 稀土離子的發(fā)光特點(diǎn)稀土離子的發(fā)光特點(diǎn) +3價(jià)稀土離子的發(fā)光特點(diǎn)價(jià)稀土離子的發(fā)光特點(diǎn)具有具有f-f 躍遷的發(fā)光材料的發(fā)射光譜躍遷的發(fā)光材料

8、的發(fā)射光譜呈線狀，色純度高；呈線狀，色純度高；熒光壽命長(zhǎng)；熒光壽命長(zhǎng)；第16頁(yè)/共24頁(yè)18由于由于4f軌道處于內(nèi)層，材料的發(fā)光軌道處于內(nèi)層，材料的發(fā)光顏色基本不隨基質(zhì)的不同而改變；顏色基本不隨基質(zhì)的不同而改變；光譜形狀很少隨溫度而變，溫度猝光譜形狀很少隨溫度而變，溫度猝滅小，濃度猝滅小。滅小，濃度猝滅小。第17頁(yè)/共24頁(yè)19 稀土發(fā)光材料的分類稀土發(fā)光材料的分類稀土離子作為激活劑稀土離子作為激活劑在基質(zhì)中，作為發(fā)光中心而摻入的在基質(zhì)中，作為發(fā)光中心而摻入的離子稱為激活劑。離子稱為激活劑。第18頁(yè)/共24頁(yè)20以稀土離子作為激活劑的發(fā)光體是稀土以稀土離子作為激活劑的發(fā)光體是稀土發(fā)光材料中的最

9、主要的一類，根據(jù)基質(zhì)材料發(fā)光材料中的最主要的一類，根據(jù)基質(zhì)材料的不同又可分為兩種情況：的不同又可分為兩種情況： 材料基質(zhì)為稀土化合物；材料基質(zhì)為稀土化合物；如如Y2O3 ：Eu3+； 材料基質(zhì)為非稀土化合物；材料基質(zhì)為非稀土化合物；如如SrAl2O4：Eu2+。 第19頁(yè)/共24頁(yè)21可以作為激活劑的稀土離子主要是可以作為激活劑的稀土離子主要是Gd3+ 釓（釓（g）兩側(cè)的兩側(cè)的Sm3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、Dy3+。其中應(yīng)用最多的是其中應(yīng)用最多的是Eu3+（銪銪）和和Tb3+（鋱鋱）。第20頁(yè)/共24頁(yè)22可以通過(guò)選擇基質(zhì)的化學(xué)組成，添加適可以通過(guò)選擇基質(zhì)的化學(xué)組成，添加適當(dāng)?shù)年?yáng)離子或陰離子，改變晶場(chǎng)對(duì)當(dāng)?shù)年?yáng)離子或陰離子，改變晶場(chǎng)對(duì)Eu2+的影的影響，制備出特定波長(zhǎng)的新型熒光體，提高熒響，制備出特定波長(zhǎng)的新型熒光體，提高熒光體的發(fā)光效率，故這類發(fā)光材料具有廣泛光體的發(fā)光效率，故這類發(fā)光材料具有廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 第21頁(yè)/共24頁(yè)23 稀土化合物作