發(fā)射發(fā)光材料作業(yè)與總結(jié)

1、發(fā)射發(fā)光材料 何泓材電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院課程內(nèi)容第1部分 發(fā)光材料緒論及相關(guān)基礎(chǔ)（6學(xué)時） 發(fā)光材料概述 發(fā)光相關(guān)背景與基礎(chǔ)知識第2部分 發(fā)射發(fā)光材料制備與測試（6學(xué)時）第3部分 發(fā)光材料及其應(yīng)用（18學(xué)時）光致發(fā)光材料及發(fā)光機(jī)理研究無機(jī)電致發(fā)光材料與器件有機(jī)電致發(fā)光材料與器件陰極射線發(fā)光材料放射線和X射線發(fā)光材料 合成原理與方法 發(fā)光測試與表征第4部分 發(fā)射材料及其應(yīng)用（2學(xué)時）作業(yè)與復(fù)習(xí) 解釋發(fā)光材料的基本概念和內(nèi)涵，理解發(fā)光與熱輻射的差異。 列舉發(fā)光材料的分類，并舉例說明各類材料的應(yīng)用。 分別闡述白熾燈、熒光燈和節(jié)能燈的發(fā)光原理。第一章 發(fā)光材料概述 什么是發(fā)光及發(fā)光材料？發(fā)

2、光的兩個基本要素 發(fā)光材料的分類？ 發(fā)光材料有什么用？ 發(fā)光材料的發(fā)展現(xiàn)狀如何？一、什么是發(fā)光？1、當(dāng)某種物質(zhì)受到激發(fā)（射線、高能粒子、電子束、外電場等）后，物質(zhì)將處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分的能量是位于可見、紫外或是近紅外的電磁輻射，此過程稱之為發(fā)光過程。2、發(fā)光就是物質(zhì)在熱輻射之外以光的形式發(fā)射出多余的能量，這種發(fā)射過程具有一定的持續(xù)時間。發(fā)光與熱輻射的差異 熱輻射：任何絕對零度以上的物質(zhì)都會發(fā)射熱輻射，大多數(shù)位于紅外區(qū)。一般500度開始輻射可見光，1500度發(fā)出白熾光，其中相當(dāng)多的是紫外光。熱輻射是一種平衡輻射，基本上只與物體溫度有關(guān)，而與物質(zhì)種類無關(guān)。

3、（例如：太陽光，白熾燈泡，燒熱的爐膛。）發(fā)光：是一種非平衡輻射（偏離原先的熱平衡態(tài)），是物體吸收外來能量后所發(fā)出的總輻射中超出熱輻射的部分。發(fā)光材料不需要加熱，是一種“冷光”。發(fā)光的持續(xù)性發(fā)光: 具有一定的持續(xù)時間（持續(xù)時間：激發(fā)停止以后，光發(fā)射所經(jīng)歷的時間，主要決定于激發(fā)態(tài)的壽命），通常大于10-11秒。也有更慢的，這取決于躍遷的性質(zhì)。余輝：在激發(fā)（Excitation）即外界作用停止后發(fā)光不是馬上消失而是逐漸變?nèi)酰@個過程也稱為余輝（afterglow）。這個延續(xù)時間長的可達(dá)幾十小時，短的也有1010sec左右。反射、散射: 幾乎無慣性，持續(xù)時間非常短，和光的振動周期差不多，約為10-14

4、秒。A表示發(fā)光中心, S表示敏化中心與前一種情況相比，這里增加了與前一種情況相比，這里增加了能量傳遞過程能量傳遞過程。敏化中心敏化中心S吸收能量進(jìn)入激發(fā)態(tài)，并傳遞能量給吸收能量進(jìn)入激發(fā)態(tài)，并傳遞能量給發(fā)光中心發(fā)光中心A。能量傳遞過程在發(fā)光材料中是非常普遍并且重要的過程。能量傳遞過程在發(fā)光材料中是非常普遍并且重要的過程。發(fā)光的基本過程Hg白光玻璃殼熒光粉涂層185nm254nm 日光燈的構(gòu)造示意圖日光燈的構(gòu)造示意圖 身邊的典型發(fā)光器件熒光燈日光燈的構(gòu)造示意圖，它由一個內(nèi)壁涂有熒光粉的玻璃管內(nèi)充有汞蒸氣和氬氣構(gòu)成，燈絲上涂有電子發(fā)射材料三元碳酸鹽（碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣），俗稱電子粉。通電后，燈絲

5、加熱，電子粉受熱發(fā)射電子（熱電子發(fā)射），汞原子受到發(fā)出電子的轟擊，被激發(fā)到較高能態(tài)。當(dāng)它返回到基態(tài)時便發(fā)出波長為254 nm 和185 nm 的紫外光（陰極射線發(fā)光），涂在燈管內(nèi)壁的熒光粉受到這種紫外光輻照激發(fā)，就隨之發(fā)出白光（光致發(fā)光）。 光致發(fā)光(Photoluminescence) 電致發(fā)光(Electroluminescence) 陰極射線發(fā)光(Cathodeluminescence) 射線及高能粒子發(fā)光(Radioluminescence) 化學(xué)發(fā)光(Chemical luminescence) 生物發(fā)光(Bioluminescence) 聲致發(fā)光(Sonoluminescence)

6、 摩擦發(fā)光(Triboluminescence) 氣體放電發(fā)光發(fā)光的分類我們可以按照激發(fā)方式的不同對發(fā)光進(jìn)行分類：二、發(fā)光材料有什么用？ 1. 照明光源：熒光燈中的熒光粉、LED照明、OLED照明。2. 顯示與顯像：電視機(jī)（陰極射線管，等離子體平板電視）、LED顯示、OLED顯示、交通指示等等。3. 光電轉(zhuǎn)換器：集成光學(xué)、光通訊、光電耦合器等。4. 高能物理輻射探測：高能物理與核物理領(lǐng)域。5. 核醫(yī)學(xué)成像： 計算機(jī)CT、SPECT、PET成像。發(fā)光材料用于探測X射線或射線。6示蹤劑和標(biāo)記物： 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，認(rèn)識生命過程，例如熒光量子點。7. 其他方面：如水利堪測、X熒光分析、分子生物學(xué)、考古學(xué)

7、等等第二章 發(fā)光相關(guān)背景與基礎(chǔ)知識2.1 晶體結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能晶體缺陷類型，對發(fā)光材料的影響2.2 能帶理論2.3 光色度學(xué)色溫，發(fā)光能量效率與量子效率，顯色性，2.4 發(fā)光材料的主要物理量和通用名詞吸收光譜、激發(fā)光譜、發(fā)射光譜的意義以及相互關(guān)系2.5 晶態(tài)發(fā)光材料的組成與符號 空位空位 間隙原子間隙原子 異類原子異類原子 刃型位錯刃型位錯晶界晶界 點缺陷 線缺陷 面缺陷 體缺陷2.1.3 晶體缺陷1. 點缺陷及其對發(fā)光性能的影響在無機(jī)發(fā)光材料中，對發(fā)光性能起重要作用的是摻雜如晶體基質(zhì)的稀土元素或者過渡金屬元素，即晶體中的點缺陷。根據(jù)缺陷的來源不同，點缺陷類型： 熱缺陷（本征缺陷）：弗蘭克爾缺陷

8、和肖特基缺陷 雜質(zhì)缺陷（非本征缺陷） 非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷（非整比化合物）4、定域能級定域能級定義定域能級與發(fā)光的關(guān)系定域能級與發(fā)光過程密切相關(guān)。因為發(fā)光材料制備中一般都要摻入某些雜質(zhì)原子或者基質(zhì)材料本身存在某些缺陷，這些雜質(zhì)原子或缺陷都會在晶體中形成定域能級，直接影響發(fā)光性能。下面以ZnS：Cu、Cl發(fā)光材料為例，討論定域能級的形成。在實際晶體中，由于存在著雜質(zhì)、各種缺陷以及存在晶體表面和界面，它們的存在破壞了晶格的周期性。凡是在周期性遭到破壞的地方，就有可能在這些區(qū)域產(chǎn)生一些特殊的能量，在禁帶中形成某些束縛態(tài)。束縛態(tài)和電子共有化狀態(tài)的情況相反。當(dāng)部分電子（或空穴）被束縛在這些區(qū)域附近時，形成

9、了一些能量值可落在禁帶中的特殊能級，稱為定域能級定域能級。通常光按兩種方式產(chǎn)生：溫度輻射和發(fā)光。輻射：是指電磁波能量的傳播。溫度輻射：又稱熱輻射，就是物質(zhì)在一定溫度下輻射出熱能。任何物體都具有不斷輻射、吸收、發(fā)射電磁波的本領(lǐng)。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射。 黑體：對某一溫度下，在所有波長上具有最大溫度輻射的物體稱為黑體，黑體輻射最大。對于黑體來說，入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射，黑體是物理學(xué)家定義的一種理想物質(zhì)，現(xiàn)實世界不存在這種理想的黑體。黑體輻射的能量分布曲線E()可由普朗克公式計算而

10、出:dkThchcEd1)/exp(232色溫當(dāng)某光源的光譜分布和溫度為T的黑體輻射的光譜分布相同時，我們就稱T為該光源的色溫。色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。低色溫光源的特征是能量分布中，紅輻射相對說要多些，通常稱為“暖光”；色溫提高后，能量分布集中，藍(lán)輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。一些常用光源的色溫為：標(biāo)準(zhǔn)燭光為1930K（開爾文溫度單位）；鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；閃光燈為3800K；中午陽光為5400K。 5）發(fā)光效率（或發(fā)光產(chǎn)額） 發(fā)光的過程中除了發(fā)射光子的輻射躍遷外，還存在著無輻射躍遷。兩者概率的不同使材料具有不同的發(fā)光效率。發(fā)光效率是表示激發(fā)能有效

11、的轉(zhuǎn)換成光能的物理量，根據(jù)應(yīng)用場合不同，有三種表示方法。pP亮度效率（流明效率）：是指一個光源（通常指電光源）所發(fā)出的光通量與該光源所消耗的電功率P之比。即 ： 能量效率： 發(fā)射的光能量與吸收的激發(fā)能量之比，即 1100EAEE量子效率：發(fā)光物質(zhì)發(fā)射的光子數(shù)N1與吸收的光子數(shù)NA之比，即 1gAN100N量子效率與能量效率的關(guān)系：LAgALEEE激發(fā)光的能量發(fā)射光的能量發(fā)射光的波長激發(fā)光的波長熒光粉的量子效率對了解熒光粉發(fā)光效率的極限是很重要的參考。2.3.3色度學(xué)三基色原理：人眼的視網(wǎng)膜是由三種不同感色物質(zhì)鑲嵌而成的，每種感色物質(zhì)的響應(yīng)分別對應(yīng)于藍(lán)光、綠光和紅光的特定波長。任何顏色的光都是由

12、這三種基色合成的。如：紅色+綠色+藍(lán)色=白色 紅色+綠色=黃色 紅色+藍(lán)色=紫色同一種顏色可以由不同的光譜分布來組成，人眼的彩色感覺是一樣的。因此，顏色外貌相同的光，不管其光譜組成是否一樣，只要在人眼的視覺上產(chǎn)生相同的效果，就可以互相代替。1）三基色原理3）顯色性顯色性是照明光源的一個重要技術(shù)指標(biāo)，表示光源對于物體顏色呈現(xiàn)的程度，用顯色指數(shù)（ Color Rendering Index，數(shù)值0100，單位Ra ）來表示。光源的顯色指數(shù)是待測光源下物體的顏色與標(biāo)準(zhǔn)參照光源下物體的顏色相符合程度的度量。顯色指數(shù)越接近100 Ra，顯色性 越好，光源對顏色的再現(xiàn)越好、越自然、顏色顯示越飽滿，所看到的

13、顏色也就越接近物體的自然原色，否則顏色偏差也越大。國際照明協(xié)會CIE的八種標(biāo)準(zhǔn)色樣在一些行業(yè)如印在一些行業(yè)如印染、醫(yī)院、美術(shù)染、醫(yī)院、美術(shù)館等對光源顯色館等對光源顯色性要求較高。性要求較高。2.4 發(fā)光材料的主要物理量和通用名詞發(fā)光材料的主要物理量和通用名詞1） 吸收光譜 absorption spectrum 當(dāng)一束光照射到發(fā)光材料上，一部分被反射、散射，一部分當(dāng)一束光照射到發(fā)光材料上，一部分被反射、散射，一部分透射，其他的被吸收，透射，其他的被吸收，只有被吸收的這部分才能對發(fā)光材料的發(fā)只有被吸收的這部分才能對發(fā)光材料的發(fā)光性能起作用光性能起作用。材料吸收輻射能導(dǎo)致電子從低能級躍遷到高能級。

14、材料吸收輻射能導(dǎo)致電子從低能級躍遷到高能級。吸收光譜就是發(fā)光物質(zhì)對光的吸收系數(shù)與波長的關(guān)系的曲線吸收光譜就是發(fā)光物質(zhì)對光的吸收系數(shù)與波長的關(guān)系的曲線。這。這個特性一般只有在光致發(fā)光中才被研究。個特性一般只有在光致發(fā)光中才被研究。光子吸收滿足如下關(guān)系：光子吸收滿足如下關(guān)系：650nm833nm圖中，材料對這兩個波長的光有最大吸收系數(shù)，有可能采用這個波長的光去激發(fā)會產(chǎn)生好的發(fā)光效率 發(fā)光材料的吸收光譜首先決發(fā)光材料的吸收光譜首先決定于定于基質(zhì)基質(zhì)，其次取決于，其次取決于激活劑和激活劑和雜質(zhì)雜質(zhì)，它可以是吸收帶或吸收線。，它可以是吸收帶或吸收線。 據(jù)發(fā)光材料的吸收光譜，據(jù)發(fā)光材料的吸收光譜，我們可以

15、了解發(fā)光中心和非輻射我們可以了解發(fā)光中心和非輻射中心的性質(zhì)，可以確定引起激發(fā)中心的性質(zhì)，可以確定引起激發(fā)發(fā)光的波長，并決定各種波長的發(fā)光的波長，并決定各種波長的光被物質(zhì)吸收的大小。光被物質(zhì)吸收的大小。一個有效的發(fā)光材料必須有好的吸收本領(lǐng)并非所有被吸收的波長都能對發(fā)光有貢獻(xiàn)2）激發(fā)光譜 excitation spectrum 定義：定義：指發(fā)光材料在以不同波長光的激發(fā)下，該材料的某一發(fā)光譜線或譜帶的強(qiáng)度隨激發(fā)光波長（或頻率）的變化。 激發(fā)光譜的橫坐標(biāo)是激發(fā)光的波長或頻率，縱軸代表發(fā)光的相對強(qiáng)弱。 激發(fā)光譜反映不同波長對材料激發(fā)的效果，根據(jù)激發(fā)光譜可以確定激發(fā)該發(fā)光材料使其發(fā)光所需的激發(fā)光波長范圍

16、，并可以確定某發(fā)光譜線強(qiáng)度最大時最佳的激發(fā)波長。Lu2SiO5:Ce的激發(fā)光譜激發(fā)譜與吸收譜的聯(lián)系：材料發(fā)光首先需要有效的吸收，吸收的能量如果用于發(fā)射，則表現(xiàn)在激發(fā)譜上。但是有吸收，未必有發(fā)射，此時吸收譜上觀察到吸收帶，但激發(fā)譜中沒有激發(fā)帶。3）發(fā)射光譜 emission spectrum定義：定義：物質(zhì)發(fā)射光的能量按波長（或頻率）的分布曲線。物質(zhì)發(fā)射光的能量按波長（或頻率）的分布曲線。從發(fā)射光譜可以確定各條譜線的來源，這對研究發(fā)光中心及其在晶格中的位置很有用處。（發(fā)射光譜中的每一個峰值都對應(yīng)著發(fā)光材料中的特定的分子結(jié)構(gòu)） 橫坐標(biāo)為波長，縱坐標(biāo)為相對強(qiáng)度或光子數(shù)。 通常發(fā)射光譜分為兩種：帶譜和

17、線譜 帶譜：在一定波長范圍內(nèi)（幾十幾百nm）發(fā)射能量連續(xù)變化。 線譜：發(fā)射譜由許多很銳的譜線組成。（實際上不是絕對的線，而有一定的展寬。）主要包括三價稀土離子4f電子組態(tài)間的躍遷發(fā)射。2.5 2.5 晶態(tài)發(fā)光體的組成和符號晶態(tài)發(fā)光體的組成和符號 1、組成：晶態(tài)發(fā)光體主要由基質(zhì)和激活劑組成，在某些發(fā)光體中還有共激活劑等。（1）基質(zhì)：是組成發(fā)光體的主要物質(zhì)，它構(gòu)成晶體的點陣。能作基質(zhì)的大多是堿土金屬的硫化物（如CaS，SrS，ZnS，CdS）以及這些金屬的硒化物、氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽等。單一的化合物或兩個晶型相同的化合物的固溶體都可以作基質(zhì)。（2）激活劑：摻入純凈基質(zhì)晶體點陣中，形成缺陷

18、成為發(fā)光中心的雜質(zhì)稱為激活劑。作為激活劑的大多是重金屬Cu，Ag，Au，Mn和某些稀土元素Ce(鈰)，Eu，La，Sm(衫)等。有的元素(如Cl, Br, Al等)能與激活劑協(xié)同作用，又稱共激活劑。 2、符號：晶態(tài)發(fā)光體的表示方法很多，一般是在基質(zhì)分子式的后面加上冒號，再附上激活劑的化學(xué)符號，即基質(zhì)：激活劑。若有共激活劑的存在，則在激活劑后面加逗號，再加上共激活劑，即基質(zhì)：激活劑，共激活劑。若基質(zhì)為固溶體時，可寫成(Zn, Cd)S: Ag 或 ZnCdS: Ag。例如：Ag激活劑，Cl共激活劑的硫化鋅可表示為 ZnS: Ag,Cl。 第三章 光致發(fā)光材料及發(fā)光機(jī)理研究利用位形坐標(biāo)解釋斯托克斯

19、位移和光致發(fā)光的溫度淬滅現(xiàn)象。什么叫做淬滅？光之發(fā)光體中存在著哪幾種淬滅形式，分別解釋其淬滅機(jī)理。發(fā)光材料中存在著哪些方式可以實現(xiàn)能量的傳遞和輸運？產(chǎn)生白光的LED有哪些種方案？分析各方案的優(yōu)缺點。列舉最常用的三基色熒光粉的成分及其發(fā)光峰波長。比較鹵粉和稀土三基色熒光粉，總結(jié)兩種熒光粉的優(yōu)缺點。常見長余輝材料有哪三種體系，分別列舉一種具體的長余輝材料成分及其發(fā)光顏色。利用位形坐標(biāo)模型解釋長余輝發(fā)光機(jī)理。解釋上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的機(jī)理。弗蘭克弗蘭克-康登康登(Franck-Condon)原理原理Ug(R)：電子處于基態(tài)時的系統(tǒng)能量：電子處于基態(tài)時的系統(tǒng)能量Ue(R)：電子處于激發(fā)態(tài)時的系統(tǒng)能量：電子處

20、于激發(fā)態(tài)時的系統(tǒng)能量UUg(R)Ue(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1R0A: 光吸收過程；AB: 晶格弛豫過程， B的位置與晶格溫度有關(guān)BC: 光子發(fā)射過程；CR0: 晶格弛豫過程；l光吸收與光發(fā)射的斯托克斯位移光吸收與光發(fā)射的斯托克斯位移 從激發(fā)到發(fā)射，電子經(jīng)歷兩次與離子晶格的作用，發(fā)射聲子散從激發(fā)到發(fā)射，電子經(jīng)歷兩次與離子晶格的作用，發(fā)射聲子散失能量失能量(熱輻射熱輻射)，結(jié)果產(chǎn)生斯托克斯位移。，結(jié)果產(chǎn)生斯托克斯位移。 由于躍遷時間 氟化物 氧化物,這是單從材料的聲子能量方面來考慮的,前面已有談到。但是,這恰與材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性成反比,即氯化物 氟化物 氧化物。因此人們開展了一系

21、列的研究,希望找到既有氯化物,氟化物那樣高的上轉(zhuǎn)換效率,又兼有類似氧化物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的新基質(zhì)材料,從而達(dá)到實際應(yīng)用的目的。第四章 無機(jī)電致發(fā)光材料與器件電致發(fā)光的類型如何劃分？分散型和薄膜型交流電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)以及各組成部分的作用。薄膜型無機(jī)電致發(fā)光常用材料體系是哪些？激活劑可通過哪些方式加入？無機(jī)電致發(fā)光薄膜的制備方法有哪些？闡述各自的優(yōu)缺點。LED電致發(fā)光的發(fā)光機(jī)制LED的結(jié)構(gòu)包括哪些部分？LED對材料有什么要求？常用的LED材料有哪幾種？他們各自有何特色？4.1.2 電致發(fā)光的類型 按材料類型分：有機(jī)電致發(fā)光材料、無機(jī)電致發(fā)光材料 從電致發(fā)光的機(jī)理考慮：體內(nèi)效應(yīng)的本征型發(fā)光，即靠過熱

22、電子及發(fā)光中心的碰撞，產(chǎn)生離化發(fā)光中心。表面或界面效應(yīng)的注入型發(fā)光，即靠注入載流子，引起正(空穴)、負(fù)(電子)載流子的復(fù)合，如通常發(fā)光二極管（LED）的發(fā)光。 按材料形態(tài)分：粉末型(分散型)、薄膜型 按照工作時施加電場的不同 低壓場低壓場：半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)為代表（所用的材料主要是-族化合物半導(dǎo)體 高壓場高壓場：有四種類型 ：目前，作為研究熱點的主要類型是薄膜電致發(fā)光器件。其中的AC-TFFL器件與其它類型的ELD器件相比，熒光層薄且致密，發(fā)光穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬，并且具有實現(xiàn)高亮度、高對比度顯示的潛力，因而發(fā)展得較快，在技術(shù)上也更加成熟，日前己被廣泛地運用到軍用及民用領(lǐng)域。 交流

23、粉末電致發(fā)光(AC-PEL)型直流粉末電致發(fā)光(DC-PEL)型交流薄膜電致發(fā)光(AC-TFEL)型直流薄膜電致發(fā)光(DC-TFEL)型4.2.1分散型ELD的結(jié)構(gòu)和原理1.分散型交流發(fā)光器件（分散型交流發(fā)光器件（AC-ELD）基板為ITO (In2O3:SnO2，導(dǎo)電：幾十，透光率：85%)玻璃板或柔性塑料板。(1) 基本結(jié)構(gòu)：發(fā)光層由熒光體粉末分散在有機(jī)粘結(jié)劑中做成。熒光體粉末：ZnS:Cu,Cl, 或Mn原子等，可得到不同的發(fā)光色。粘結(jié)劑中采用介電常數(shù)比較高的有機(jī)油如氰乙基纖維素等。介電質(zhì)層：防止絕緣層被破壞。背面電極：Al。起源于Sylvania公司，第一代EL代表結(jié)構(gòu)形式，目前應(yīng)用于

24、液晶顯示器的背照光源。(2) 分散型交流ELD發(fā)光機(jī)制：Fischer模型：ZnS熒光體粉末的粒徑:530m。通常在一個ZnS顆粒中會存在點缺陷及線缺陷。電場在ZnS顆粒內(nèi)會呈非均勻分布，造成的發(fā)光狀態(tài)也不會相同。當(dāng)觀察一個ZnS顆粒時，發(fā)光先從若干孤立的點開始，隨著電場增加，兩點的發(fā)光逐漸延伸，相互靠近，匯合成彗星狀的線狀發(fā)光。 在ZnS顆粒內(nèi)沿線缺陷會有Cu析出，形成電導(dǎo)率較大的CuxS(P型或金屬電導(dǎo)狀態(tài))， CuxS與ZnS形成異質(zhì)結(jié)。 當(dāng)施加電壓時CuxS/ZnS界面上會產(chǎn)生高于平均場強(qiáng)的電場強(qiáng)度(105-106 V/cm)。使位于界面能級的電子通過隧道效應(yīng)向ZnS內(nèi)注入，與發(fā)光中心

25、捕獲的空穴發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生發(fā)光。4.2.2 粉末電致發(fā)光材料 把發(fā)光粉混在電介質(zhì)里，并夾在兩個平板電極之間，加上電流，發(fā)光粉就會發(fā)光。 兩個電極中至少有一個是透明的，常為導(dǎo)電玻璃，以它為基極；在玻璃的導(dǎo)電層上形成一層TiO2的反光耐壓層，在發(fā)光層之后再鍍上金屬膜，為第二電極。 由基極和第二個極分別引出導(dǎo)線，隨后圖上防潮樹脂，加蓋防潮玻璃，就制成了電致發(fā)光屏。 粉末交流電致發(fā)光基質(zhì)材料中使用最多的是ZnS、ZnSe、CdS以及它們的固溶體，ZnS、ZnSe、CdS的禁帶寬度分別為3.7eV，2.6eV，2.5eV。在基質(zhì)中可摻雜多種激活劑雜質(zhì)，如Cu、Ag、Au和Mn等金屬元素，形成不同的發(fā)光中心

26、，可以得到不同顏色和波長的光。ZnS、ZnSe、CdS按照一定比例混合，通過改變禁帶寬度，可以得到黃色、橙紅材料。 粉末直流電致發(fā)光常用的基質(zhì)材料有ZnS、CaS、SrS 等。 1.薄膜型交流ELD(ACTFELD)(1) 薄膜型交流ELD基本結(jié)構(gòu)在玻璃基板上依次沉積透明電極(ITO)，第一絕緣層，發(fā)光層，第二絕緣層，背光電極(Al)等。發(fā)光層厚0.5-1m，絕緣層厚0.3-0.5m，全膜厚只有2m左右。4.2.2薄膜型ELD的結(jié)構(gòu)和原理a：塑料外殼b：外封膠體（樹脂）c：金線d：芯片（PN結(jié)）e：封裝支架LED結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)將LED芯片置于導(dǎo)體框架上，連接引線之后，用透明樹脂封裝，做成顯示燈。LE

27、D的缺點: LED單個元件功耗為數(shù)毫瓦到數(shù)十毫瓦，雖比白熾燈小得多，但制成高精細(xì)的大面積顯示板時，特別在與集成電路做為一體時，元件功耗的增大就不容忽視了，這時散熱也是不容易解決的問題。1、LED結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定（無燈絲，無玻璃外殼) ,便于生產(chǎn)、運輸、使用2、LED體積小便于各種布置和設(shè)計3、LED光線集中光的純度高4、LED發(fā)光指向性強(qiáng)亮度衰減比傳統(tǒng)光源低50%5、LED響應(yīng)時間短在微秒級別6、LED元件壽命長為5萬-10萬小時7、LED更環(huán)保無“汞”生產(chǎn)8、LED可低壓直流驅(qū)動對使用環(huán)境要求較低LED的優(yōu)點:當(dāng)在P-N結(jié)上施加順向電壓（即P型接正，N型接負(fù)），會使能壘降低，從而使穿越能壘的電

28、子向P型區(qū)擴(kuò)散，使穿越能壘的空穴向N型區(qū)擴(kuò)散的量增加。通常稱此為少數(shù)載流子注入少數(shù)載流子注入，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合從而放出光。隨電壓增加，達(dá)到一定值，電流急劇增加，光發(fā)射開始。電流開始增加時對應(yīng)的電壓相應(yīng)于P-N結(jié)勢壘的高度，稱該電壓為起始電壓起始電壓，起始電壓隨LED材料及元件的結(jié)構(gòu)不同而不同，GaAs為1.01.2V，GaAIAs為1.51.7V，GaP為1.8V，SiC為2.5V等等。2. PN結(jié)注入式電致發(fā)光機(jī)理LED材料類型p 化合物半導(dǎo)體 (Compound Semiconductor) 由周期表不同族元素形成的化合物 例如：II-VI, III-V及IV-IV族化

29、合物 二元化合物：光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最廣泛的材料 例如：III族元素Al, Ga, In及V族元素N, P, As容易形成如GaN, GaAs, GaP, InP 等二元化合物 三元化合物：由三種元素形成之化合物 例如：AlGaAs (III,III,V)及GaAsP(III,V,V) 三族及五族總摩爾數(shù)比需為1:1 AlxGa1-xAs = x AlAs + (1-x) GaAs GaAsYP1-Y = Y GaP + (1-Y) GaAs 四元化合物：由四種元素形成的化合物 例如：AlGaInP(四元高亮度LED主要發(fā)光材料) Al1-X-YGaXInYP = (1-X-Y) AlP +

30、X GaP+ YInP白光LED的實現(xiàn)第五章 有機(jī)電致發(fā)光材料與器件鄧青云發(fā)明的OLED以及Friend RH發(fā)明的第一個PLED的結(jié)構(gòu)以及所用的發(fā)光有機(jī)物分別是什么？簡述OLED的優(yōu)點。分別闡述OLED中載流子注入和傳輸?shù)臋C(jī)制。ITO薄膜作為OLED的陽極，對OLED有怎樣的影響？工藝上對ITO薄膜需要做哪些處理？OLED失效的一大現(xiàn)象就是出現(xiàn)大量的不發(fā)光區(qū)域黑斑，請問黑斑的形成機(jī)制有哪些？柔性電致發(fā)光器件是未來的一大發(fā)展趨勢，請問目前柔性O(shè)LED的制作還存在那些問題？LED和OLED均可用于照明，請問二者用于照明各有什么優(yōu)缺點？驅(qū)動電壓小于驅(qū)動電壓小于10V最大外量子效率最大外量子效率1最

31、大亮度大于最大亮度大于1000cd/m2創(chuàng)新點：創(chuàng)新點： （1）多功能有機(jī)層的結(jié)構(gòu)）多功能有機(jī)層的結(jié)構(gòu)（2）超薄的有機(jī)層厚度）超薄的有機(jī)層厚度鄧青云博士鄧青云博士 Appl. Phys. Lett. 51 (12), 913, 21 September 19874. 19871987年年KodakKodak公司的鄧青云公司的鄧青云等以真空蒸鍍法制成多層式結(jié)構(gòu)的OLED組件后，大幅提高了組件的性能，其低操作電壓與高亮度的商業(yè)應(yīng)用潛力吸引了全球的目光，開創(chuàng)了有機(jī)電致發(fā)光的新的時代。First OLED75nm60nm+5. 英國劍橋大學(xué)Cavendish實驗室的Friend RH等人首次采用共軛聚

32、合物聚對苯撐乙烯（PPV，polyphenylene vinylene)制作了高分子發(fā)光二極管，簡化了制備工藝，開辟了發(fā)光器件的又一個新領(lǐng)域聚合物薄膜電致發(fā)光器件（PLED）。Nature，347，539（1990）First PLED三層OLED器件結(jié)構(gòu)圖由空穴傳輸層（HTL）、電子傳輸層（ETL）和將電能轉(zhuǎn)化成光能的發(fā)光層組成。HTL負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)空穴的注入速度和注入量, ETL負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電子的注入速度和注入量。優(yōu)點:使三層功能層各行其職，對于選擇材料和優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)性能十分方便，是目前OLED器件中最常采用的器件結(jié)構(gòu)之一。（3）三層器件結(jié)構(gòu)Glass SubstrateITOEMLCathodeL

33、ight outHTLETL5.3.2 OELD原理載流子的注入：在外加電場的作用下電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機(jī)功能薄膜注入。載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷移。載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生激子。激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷，產(chǎn)生光子，釋放出能量。電流方向電流方向（1）載流子注入 遂穿模型：由于有機(jī)材料LUMO能級多數(shù)情況下都比金屬的Fermi能級高，因此，金屬Fermi能級上的電子面臨一個高度為的勢壘，在沒有外加電壓的情況下電子不能跳到LUMO能級上

34、，當(dāng)施加一定的正向電壓后，有機(jī)分子的LUMO能級發(fā)生傾斜，根據(jù)量子力學(xué)遂穿效應(yīng)，分布在Fermi能級附近的電子有一定的幾率穿過勢壘注入到分子的LUMO能級。對于空穴的注入，情況和電子類似，只是他是從陽極注入到HOMO能級。 (2)載流子傳輸跳躍模型p 對有機(jī)半導(dǎo)體來說，每一個分子內(nèi)的原子通過共價鍵結(jié)合在一起，而每一個分子彼此都是封閉和獨立的，相互之間只有很弱的范德華力。p 對有機(jī)小分子半導(dǎo)體有機(jī)小分子半導(dǎo)體，電子要從一個分子遷移到另一個分子，必須遂穿一個很大的勢壘，其遂穿幾率很小。在沒有電場的情況下，電子在分子之間相互遂穿的幾率相等，整體上沒有電流呈現(xiàn)，加上電場之后，OLED內(nèi)不同位置的分子的

35、勢能不同，電子從勢能高的分子遂穿到勢能低的分子的幾率比相反過程的幾率大的多。而電子遂穿到一個分子后，由于其接著遂穿到另一個分子的幾率很小，因此只能呆在這個分子內(nèi)，直到再次遂穿成功。這種歇一歇，跳一下的運動方式就是跳躍模型。p 對于聚合物半導(dǎo)體聚合物半導(dǎo)體來說，由于鍵很長，不可避免發(fā)生彎曲和折疊，使鍵分成若干段，每一段相對獨立，電子不僅能在不同分子間跳躍，還能在同一個聚合物分子不同段之間跳躍，運動方式與小分子類似。（1）分別制備紅、綠、藍(lán)三原色的發(fā)光中心，然后調(diào)節(jié)三種顏色不同程度的組合，產(chǎn)生彩色。（2）首先制備發(fā)白光的器件，然后通過彩色濾光膜得到三原色，重新組合三原色從而實現(xiàn)彩色顯示。OLED實

36、現(xiàn)彩色顯示的方法：（3）首先制備發(fā)藍(lán)光的器件，然后通過藍(lán)光激發(fā)其它層材料分別得到紅光和綠光，從而進(jìn)一步得到彩色顯示。（4）首先制備發(fā)白光或近于白光的器件，然后通過微腔共振結(jié)構(gòu)的調(diào)諧，得到不同波長的單色光，然后再獲得彩色顯示。(655nm) (470nm) (5) 采用堆疊結(jié)構(gòu)，將采用透明電極的紅、綠、藍(lán)發(fā)光器件縱向堆疊，從而實現(xiàn)彩色顯示。3、壽命和失效機(jī)制OLEDs失效的表現(xiàn)形式：（1）恒定電流工作條件下，亮度、效率逐漸下降。（2）OLEDs在一定濕度、溫度的大氣環(huán)境中存放一定時間，發(fā)光亮度、效率衰減直至發(fā)光消失。這一過程體現(xiàn)出的是OLEDs的存貯壽命。（3）不管是存貯，還是工作，所有失效的O

37、LED都出現(xiàn)大量的不發(fā)光區(qū)域黑斑。（1）短路現(xiàn)象。 由于有機(jī)薄膜不均勻致密，從而有貫穿有機(jī)層的微型導(dǎo)電通道形成。（2）黑斑的形成。 熱效應(yīng)有機(jī)薄層的熱不穩(wěn)定性導(dǎo)致了黑點的形成； 有機(jī)聚合物材料的化學(xué)不穩(wěn)定性有機(jī)分子易受到氧和水的侵蝕，喪失發(fā)光能力； 金屬陰極的不穩(wěn)定性金屬陰極被氧化； 金屬陰極有機(jī)層界面處化學(xué)反應(yīng)水、氧和鋁三者所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)會釋放出微量氣體，造成金屬陰極從有機(jī)層剝離開來。（3）雜質(zhì)的影響 雜質(zhì)是捕獲載流子和激子非輻射衰減（生熱）的中心，又可以引起內(nèi)部電場的局部畸變，因而是器件老化和蛻變得重要原因。OLED失效機(jī)制1、ITO表面處理工藝 目的：ITO的不均勻性將導(dǎo)致有機(jī)層不均

38、勻，從而易形成局部強(qiáng)電場引起OLED中黑斑的產(chǎn)生。平整的ITO表面場強(qiáng)均勻，減小短路的危險，提高OLED的穩(wěn)定性。 早在1987年，鄧青云就指出，在沉積有機(jī)層之前，ITO表面必須進(jìn)行仔細(xì)的清洗，否則不能得到穩(wěn)定的OLED器件。ITO膜表面形態(tài)對OLED器件性能的影響: 粗糙的ITO膜表面將使光線產(chǎn)生漫反射,減小出射光效率,降低OLED的外量子效率。 OLED加電壓時，粗糙表面會影響OLED的內(nèi)電場分布。ITO表面的尖峰將導(dǎo)致局部高電場，高電場將使激子解離成為正負(fù)載流子，致使發(fā)光強(qiáng)度降低；而且高電場將加速有機(jī)材料的惡化，以至降低OLED的穩(wěn)定性。ITO膜是有機(jī)物膜進(jìn)行淀積的基底, ITO膜的表面

39、形態(tài)將影響有機(jī)膜的成膜的吸附性、內(nèi)應(yīng)力和結(jié)晶度。由于粗糙的表面將不利于有機(jī)分子之間內(nèi)聚形成晶體,因而粗糙的表面易于形成不定形結(jié)構(gòu)的有機(jī)物薄膜，將降低OLED器件的發(fā)光效率和能量效率。(1) 增加器件的壽命和穩(wěn)定性 有機(jī)發(fā)光器件能夠長期、穩(wěn)定、連續(xù)地工作是實用化的前提。目前，雖然有聚合物器件壽命超過10000 h、有機(jī)小分子器件壽命超過100000 h的報道，但在絕大多數(shù)情況下，有機(jī)發(fā)光器件的壽命距商業(yè)應(yīng)用的要求仍有較大的差距，而且隨著器件的工作時間增長，其發(fā)光亮度和效率有明顯衰減的趨勢。影響OLED壽命的因素：有機(jī)發(fā)光材料本身不穩(wěn)定，制備OLED時有缺陷產(chǎn)生；有機(jī)發(fā)光小分子材料本身晶化溫度較低

40、，工作過程中易形成結(jié)晶體；有機(jī)材料在大氣中不穩(wěn)定，易老化。5.8.2 OLED發(fā)展趨勢增加OLED器件的壽命，提高其穩(wěn)定性，可從以下方面加以考慮：提高器件的發(fā)光效率，降低非輻射復(fù)合幾率OLED工作時，激子退激存在輻射、非輻射兩種復(fù)合方式，輻射復(fù)合產(chǎn)生光，而非輻射復(fù)合產(chǎn)生熱，使器件發(fā)熱升溫、有機(jī)材料老化、小分子晶化，導(dǎo)致OLED的壽命降低。因此，提高器件的發(fā)光效率，降低熱的產(chǎn)生，減少熱對有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響是增加其壽命的重要手段。減少器件的老化盡量避免短路現(xiàn)象的發(fā)生，此現(xiàn)象的發(fā)生主要是因為有機(jī)薄膜不均勻致密，從而有貫穿有機(jī)層的微型導(dǎo)電通路形成，因此，制備高質(zhì)量的有機(jī)薄膜是解決此問題的關(guān)鍵。消

41、除雜質(zhì)的影響，使有機(jī)材料通過升華等方法達(dá)到高純或超高純的目的。 柔性電致發(fā)光器件柔性柔性O(shè)LED與普通與普通OLED器件的不同器件的不同僅僅在于基片的不同僅僅在于基片的不同，柔性O(shè)LED器件制作中的主要問題：塑料基片的平整性通常比玻璃基片要差，基片表面的突起會給膜層結(jié)構(gòu)帶來缺陷，引起器件損壞。塑料基片的水、氧透過率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃基片，而水、氧是造成器件迅速老化的主要因素。由于塑料基片的玻璃化溫度較低，只能采用低溫沉積的ITO導(dǎo)電薄膜，而低溫ITO性能與高溫退火處理的ITO性能差別很大。塑料基片中常用PET基片與ITO熱膨脹系數(shù)相反，在溫度升高時，PET基片收縮，而ITO導(dǎo)電膜膨脹，導(dǎo)致ITO膜剝

42、落。電流較大時，器件工作產(chǎn)生的焦耳熱就可能導(dǎo)致ITO導(dǎo)電層剝落。(3) 未來OLED節(jié)能燈OLED用于顯示的應(yīng)用研究已有多年，近來已開始它在照明方面的應(yīng)用研究。OLED: OLED: 面光源面光源；柔和光柔和光LED: LED: 點光源點光源；亮光亮光無機(jī)的LED燈能提供很高的能效和特別長的壽命，但制造成本太高，從而被限制在特殊的應(yīng)用。OLED燈與LED點光源不同，它是很薄的平面分布式光源，且能大規(guī)模、大面積、低成本制造，因而可開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。OLED 照明除了取代現(xiàn)有的小燈泡的照明燈源之外，也可以取代目前正在成長的LED燈源的應(yīng)用市場。OLED與LED 同屬固態(tài)照明,具有發(fā)熱量低、耗電量小

43、、反應(yīng)速度快、體積小、耐震耐沖裝、易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點。OLED燈的特點及與現(xiàn)有光源的比較 新研發(fā)的OLED燈主要有下列幾個特點：OLED燈不是點光源，而是分布式（散布式）平面固體光源，它重量輕、超薄、柔軟、明亮、少陰影；能耗低、工作電壓低（35V），使用與維護(hù)安全；能效高、壽命長，沒有燈絲斷裂而耐用；環(huán)保，無污染，不發(fā)熱，僅有少量紫外與紅外輻射；第六章 陰極射線發(fā)光材料 6.1 陰極射線管黑白顯象管的原理、結(jié)構(gòu)6.2 陰極射線發(fā)光原理陰極射線發(fā)光基本過程，與光致發(fā)光的差別，能量效率低的原因6.3 陰極射線發(fā)光特性發(fā)光屏涂層厚度對發(fā)光亮度的影響，發(fā)光穩(wěn)定性6.4 陰極射線發(fā)光材料 ZnS

44、:Ag1.陰極射線發(fā)光與光致發(fā)光的差別。2.陰極射線激發(fā)發(fā)光體產(chǎn)生發(fā)光的基本過程。3.陰極射線發(fā)光的能量效率比光致發(fā)光效率低，其原因是什么？ 黑白顯像管是通過電光轉(zhuǎn)換重現(xiàn)電視圖像的一種窄束強(qiáng)流電子束管，是單色CRT。主要用途是在電視機(jī)中顯示圖像。黑白顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏和錐體外殼組成。熒光屏錐體外殼基本工作原理：電子槍發(fā)射出電子束，電子槍受陰極或柵極所加的視頻信號電壓的調(diào)制，電子束經(jīng)過加束極的加速，聚焦極的聚焦，偏轉(zhuǎn)磁場的偏轉(zhuǎn)掃描到屏幕前面的熒光涂層上，產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光，最終形成滿足人眼視覺特性要求的光學(xué)圖像。6.1.1 黑白顯像管6.2 陰極射線發(fā)光機(jī)理 陰極射線發(fā)光與光致發(fā)光的差別

45、 p 發(fā)射光譜的相對強(qiáng)度改變。例如ZnS:Cu的藍(lán)色譜帶，在陰極射線激發(fā)下變得較強(qiáng)，而在光致發(fā)光下不出現(xiàn)。p 陰極射線發(fā)光效率比光致發(fā)光低，前者的功率效率一般在525之間，后者的功率效率可達(dá)4050，甚至更高。p 陰極射線發(fā)光的余輝比光致發(fā)光短的多，一般長余輝的光致發(fā)光材料在陰極射線激發(fā)下不再出現(xiàn)長余輝。p 有的材料在光激發(fā)下不發(fā)光，但在陰極射線激發(fā)下卻發(fā)光，許多材料在陰極射線激發(fā)下都容易發(fā)光。用陰極射線激發(fā)發(fā)光時，電子能量很大，一般在幾千eV以上，甚至上萬eV，其能量是光致發(fā)光的幾千倍以上，由于激發(fā)能量大小不同，導(dǎo)致陰極射線發(fā)光的激發(fā)機(jī)制、發(fā)光性能與光致發(fā)光不同。 激發(fā)與發(fā)光過程 陰極射線激

46、發(fā)發(fā)光體產(chǎn)生發(fā)光的基本過程有3個： 1）內(nèi)次級電子和發(fā)光中心的激發(fā)2）內(nèi)次級電子再次激發(fā)發(fā)光中心，或者使發(fā)光中心離化產(chǎn)生電子空穴對3）受激或離化中心躍回發(fā)光中心基態(tài)產(chǎn)生發(fā)光。二、發(fā)光效率 陰極射線發(fā)光的能量效率比光致發(fā)光效率低，其原因在于： 1電子反向散射2產(chǎn)生二次電子空穴對3一次電子的能量部分轉(zhuǎn)變晶格的振動能，使屏溫度增高 4. 產(chǎn)生次級發(fā)射帶走了一部分能量5、發(fā)光粉層對光的折射和發(fā)出的光向屏背面發(fā)射6、跟發(fā)光體的本性，激發(fā)條件和溫度，屏的制造工藝和使用情況有關(guān)3發(fā)光屏工藝影響p 由于需要使用粘結(jié)劑（偏硅酸鹽），會使屏的亮度下降。p 涂層厚度對亮度也有一定影響。 如果涂層太厚，發(fā)光粉產(chǎn)生的發(fā)

47、光有一部分射出發(fā)光屏內(nèi)部，被發(fā)光粉涂層吸收，使從前面射出光的亮度減弱。 如果涂層太薄，電子又會穿透涂層，產(chǎn)生一部分能量損失，也會導(dǎo)致發(fā)光亮度下降。 熒光粉層的最佳厚度應(yīng)等于電子在熒光粉層內(nèi)的穿透深度。p 粒度小的發(fā)光粉一般是經(jīng)過磨細(xì)的，會產(chǎn)生破碎淬滅效應(yīng)，因此一般選用耐磨的發(fā)光粉，或者直接制造出細(xì)顆粒的發(fā)光粉。例如硅酸鹽和鎢酸鹽發(fā)光粉耐磨、球磨10至60小時，亮度只降低30；而硫化物發(fā)光粉球磨僅10至60分鐘，亮度就降低10到30，若再增加球磨時間，則亮度會急劇下降。因此制備細(xì)顆?；蚰湍サ陌l(fā)光粉是急待解決的問題。 2提高熒光屏穩(wěn)定性的途徑 p 材料晶格結(jié)構(gòu)，粉末的分散性、合成溫度、基質(zhì)、助溶劑

48、和原料的純度都直接影響穩(wěn)定性。p 制好的材料還必須對表面進(jìn)一步處理，使其在表面形成各種保護(hù)膜。作保護(hù)膜的材料有Zn2P2O7 、SiO2、TiO2、Al2O3或某些硅酸鹽類等。（1）在粉表面形成保護(hù)膜。例如磷酸鹽或亞磷酸鹽表面膜，對提高雜質(zhì)穩(wěn)定性有利，特別可以提高抗Cu、Ni的污染敏感性。（2）低溫?zé)崽幚?。?）在發(fā)光材料的配料中加入Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi或P的化合物，可以增加抗疲勞和灼燒的能力。（4）去除灼燒后材料的多余化合物。對灼燒后的發(fā)光粉，可采用以下措施提高穩(wěn)定性： 舉例說明射線發(fā)光材料的應(yīng)用，并簡單介紹相關(guān)原理。說明發(fā)光材料對高能粒子射線吸收過程。什么是永久性發(fā)光材料？常

49、見體系有哪些？主要應(yīng)用在那些地方？放射性發(fā)光材料受到放射性的激發(fā)有哪些特點？第七章 放射線和X射線發(fā)光材料 用波長為0.2 的光激發(fā)某種發(fā)光材料，其發(fā)光的平均波長是400 nm，假定這種材料的能量效率為4，試問這種發(fā)光材料的量子效率為多少？閃爍：隨著作用在發(fā)光材料上的射線強(qiáng)度的不同，有時發(fā)光是不連續(xù)的閃光，這種現(xiàn)象稱為閃爍。 應(yīng)用： 永久性發(fā)光材料，在特殊顯示和指示中應(yīng)用。 閃爍體用于輻射場的探測和輻射劑量的記錄。 X射線發(fā)光材料在醫(yī)療透視，工業(yè)探傷以及X光熒光分析中得到廣泛應(yīng)用。 7.2 射線激發(fā)發(fā)光過程 一、發(fā)光材料對射線吸收 1、帶電粒子的減速 帶電粒子經(jīng)過發(fā)光材料時，與原子發(fā)生碰撞，引

50、起原子（或分子）的激發(fā)或離化。與此同時，帶電粒子的能量逐漸降低，以致經(jīng)過多次碰撞后，帶電粒子的全部能量就消耗在這些過程中。 高能粒子包括帶電粒子（如、粒子）和不帶電的粒子（如 光子和X光子）。它們穿過發(fā)光材料時，其能量被材料吸收的過程也不相同，能引起發(fā)光材料激發(fā)的過程有：帶電粒子的減速和高能光子的吸收。2、高能光子的吸收 X 射線和 射線是不帶電的粒子流，又稱為高能光子流。假定一束高能光子入射到厚度為d的發(fā)光材料上，材料吸收掉一部分能量Ea： 式中：k是材料對高能光子的吸收系數(shù)，它與射線能量，發(fā)光材料的密度，組成元素的原子序數(shù)和原子量有關(guān)。 引起吸收的基本過程有三種：光電效應(yīng)kg，康普頓效應(yīng)

51、kb，形成電子正電子對 kd?？偽障禂?shù)可以寫成kkgkbkd Ea = 1-e-kd光子束與物質(zhì)中電子作用引起光子的能量損失和方向偏轉(zhuǎn)。因此，光子束穿過吸收體后，能量降低。光子要么不受相互作用,要么經(jīng)一次相互作用后就從射線束中消失。當(dāng)光子能量大于電子靜止能量的兩倍（即1.02MeV）時，光子在原子核附近轉(zhuǎn)化為一對正負(fù)電子。光子與物質(zhì)的三種相互作用E/MeVZ光電效應(yīng)為主康普頓效應(yīng)為主電子對效應(yīng)為主一般來說，x光子主要產(chǎn)生光電效應(yīng)，比x光子能量更大的光子，三種效應(yīng)都能發(fā)生。這些效應(yīng)都能產(chǎn)生大量的次級電子，這些次級電子又可以進(jìn)一步激發(fā)或離化發(fā)光材料，引起材料的發(fā)光。 二、激發(fā)過程的特點 當(dāng)帶電粒

52、子或高能光子經(jīng)過發(fā)光材料時，將從這些粒子那里獲得能量，使發(fā)光材料的原子（或分子）受到激發(fā)或離化，這就是激發(fā)過程，主要有三個特點： 1. 激發(fā)密度高 例：波長為0.03nm的光激發(fā)，發(fā)光平均波長為450nm，能量效率5，計算其量子效率。15%0.037501450p這時屬于x光發(fā)光，其量子效率高達(dá)750，這樣大的數(shù)字，是由于更大量的次級電子所發(fā)生的，所以激發(fā)密度高。 2.激發(fā)不均勻 在放射線和x射線等高能粒子的作用下，激發(fā)只發(fā)生在粒子經(jīng)過的軌跡附近，激發(fā)是不均勻的，在材料的微觀區(qū)域，形成若干激發(fā)帶，這是由于次級電子的擴(kuò)散而造成的，至于帶的形狀和大小，與所使用的射線的強(qiáng)度有關(guān)。 3.激發(fā)無選擇性

53、激發(fā)無選擇性包含兩種意思：它可以同時引起材料的所有組成部分的直接激發(fā)（包括晶格和雜質(zhì)中心等），甚至引起材料性能的長期改變。 分子可以從基態(tài)躍遷到任一激發(fā)態(tài)，或者引起離化。 7.3.1 永久性發(fā)光材料 如果在發(fā)光材料中加入一定量的放射性物質(zhì)，就能產(chǎn)生均勻的發(fā)光。它是由無數(shù)閃爍組成的。這種發(fā)光不需要外加能源，就可以持續(xù)不斷的發(fā)光。發(fā)光的時間長短取決于所加的放射性同位素的半衰期，所以這種發(fā)光材料被稱為永久性發(fā)光材料。其中最有價值和廣泛應(yīng)用的是 H3（氚）和 Pm147（钷）。 永久性發(fā)光材料主要用來涂復(fù)羅盤、各種測量儀表的刻度指針和鐘表的字盤等，以保證這些儀表能夠在夜間或暗處進(jìn)行工作。在軍事上，用永

54、久性發(fā)光材料作為航空儀表，大炮準(zhǔn)星，標(biāo)尺、望遠(yuǎn)鏡等的指示照明，以適用夜戰(zhàn)的需要。 7.3 射線發(fā)光材料 第八章 發(fā)光材料的合成原理與方法 高溫固相法 水熱合成法 溶膠凝膠法 沉淀法 微波合成法 噴霧熱解法發(fā)光材料中存在哪些雜質(zhì)？他們對發(fā)光材料性能的起什么作用？發(fā)光粉在灼燒過程中發(fā)生哪些變化?發(fā)光粉常用制備方法的基本過程及特點。1. 雜質(zhì)及其對發(fā)光材料的影響u原材料包括基質(zhì)、激活劑、敏化劑、助熔劑以及提純這些原料過程中附加的材料等。u在發(fā)光材料中，把除基質(zhì)以外附加的物質(zhì)統(tǒng)稱為雜質(zhì)雜質(zhì)的分類按雜質(zhì)作用的性質(zhì)不同，可以分為：按雜質(zhì)作用的性質(zhì)不同，可以分為：激活劑、敏化劑、淬滅劑和激活劑、敏化劑、淬滅

55、劑和惰性雜質(zhì)惰性雜質(zhì)。每種雜質(zhì)對發(fā)光材料的影響與它的性質(zhì)和含量有關(guān)。每種雜質(zhì)對發(fā)光材料的影響與它的性質(zhì)和含量有關(guān)。 激活劑 對某種特定基質(zhì)起激活作用，使原來不發(fā)光或發(fā)光很微弱的材料產(chǎn)生發(fā)光的雜質(zhì)，稱為這種基質(zhì)的激活劑。激活劑是發(fā)光中心的重要組成部分。 一種發(fā)光材料可以同時含有兩種激活劑; 對某一基質(zhì)激活劑濃度只能限制在一定的范圍內(nèi)，超出某一濃度，激活劑也會使發(fā)光亮度下降。 共激活劑 與激活劑協(xié)同激活基質(zhì)，加強(qiáng)激活劑引起的發(fā)光，稱為共激活劑。敏化劑 對一定的發(fā)光材料來說，某種雜質(zhì)的摻入有助于增強(qiáng)激活劑引起的發(fā)光，并使發(fā)光亮度增加，這類雜質(zhì)稱為敏化劑。 敏化劑對發(fā)光增強(qiáng)作用的效果與共激活劑一樣，但

56、作用原理不一樣。敏化劑只是吸收能量的中心，不產(chǎn)生發(fā)光譜線；激活劑形成發(fā)光中心，會產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)光譜線。惰性雜質(zhì) 對發(fā)光性能影響較小，不使發(fā)光亮度和顏色直接改變的雜質(zhì)。 例如堿土金屬，堿金屬，硅酸鹽，硫酸鹽等，分離它們比較復(fù)雜，所以不必象對淬滅劑那樣嚴(yán)格去除。 淬滅劑 在發(fā)光材料中損害發(fā)光性能，使發(fā)光亮度大大降低，甚至完全不發(fā)光的雜質(zhì)，稱為淬滅劑。較典型的有Fe，Ni，Co和Cr等。8.1.4 發(fā)光粉的灼燒 （1）灼燒及其作用灼燒就是將配好的粉料，在一定的溫度下加高溫，到一定時間，形成發(fā)光粉的過程。 灼燒是形成發(fā)光粉的一個不可缺少的重要階段。未經(jīng)灼燒的某些材料，雖然也有一定的發(fā)光能力，但發(fā)光強(qiáng)度都很小。為了要獲得高亮度、高效率的晶態(tài)發(fā)