稀土发光材料分解.pptx

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1、11.固体的发光固体的发光某一固体化合物受到光子、带电粒子、某一固体化合物受到光子、带电粒子、电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收、电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收、存储、传递和转换过程。存储、传递和转换过程。如果激发能量转换为可见光区的电磁辐如果激发能量转换为可见光区的电磁辐射，这个物理过程称为固体的发光。射，这个物理过程称为固体的发光。第1页/共24页2发光材料由基质和激活剂组成，在一些材发光材料由基质和激活剂组成，在一些材料中，还搀入其它杂质离子来改善发光性能。料中，还搀入其它杂质离子来改善发光性能。基质：作为材料主体的化合物；基质：作为材料主体的化合物；激活剂：作为发光中心的少

2、量搀杂离子。激活剂：作为发光中心的少量搀杂离子。第2页/共24页3发光是一种宏观现象，但它和晶发光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷结构、能带结构、能量体内部的缺陷结构、能带结构、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。密切相关。第3页/共24页4 固体发光与晶体内部结构固体发光与晶体内部结构晶体中的能带有价带、导带、禁带。晶体中的能带有价带、导带、禁带。但是，在实际晶体中，可能存在杂质原但是，在实际晶体中，可能存在杂质原子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规则排列，从而产生一些特殊的能级，称为缺则排列，从而产生一些

3、特殊的能级，称为缺陷能级。陷能级。第4页/共24页5作作为为发发光光材材料料的的晶晶体体，往往往往有有目目的的地地搀搀杂杂其其它它杂杂质质离离子子以以构构成成缺缺陷陷能能级级，它们对晶体的发光起着关键作用。它们对晶体的发光起着关键作用。第5页/共24页6 发光过程发光过程固体发光的物理过程示意图如下：固体发光的物理过程示意图如下：其中，其中，M表示基质晶格；表示基质晶格；A和和S为搀杂离子为搀杂离子；并假设基质晶格并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。的吸收不产生辐射。第6页/共24页7这时，基质晶格这时，基质晶格M吸收激发能，传递吸收激发能，传递给搀杂离子，使其上升到激发态，它返回给搀杂离子，使

4、其上升到激发态，它返回基态时可能有以下三种途径：基态时可能有以下三种途径：第7页/共24页8以热的形式把激发能量释放给邻近的晶以热的形式把激发能量释放给邻近的晶格，称为荧光猝灭；格，称为荧光猝灭；以辐射形式释放激发能量，称以辐射形式释放激发能量，称“发光发光”；第8页/共24页9S将激发能传递给将激发能传递给A，即即S吸收的全部吸收的全部或部分激发能由或部分激发能由A产生发射而释放出来，这产生发射而释放出来，这种现象称为种现象称为“敏化发光敏化发光”，A称为激活剂，称为激活剂，S通常被称为通常被称为A的敏化剂。的敏化剂。第9页/共24页10 荧光和磷光荧光和磷光激活剂吸收能量后，激发态的寿命极

5、短，激活剂吸收能量后，激发态的寿命极短，一般大约仅一般大约仅10-8s就会自动地回到基态而放出就会自动地回到基态而放出光子，这种发光现象称为荧光。光子，这种发光现象称为荧光。撤去激发源后，荧光立即停止。撤去激发源后，荧光立即停止。第10页/共24页11被激发的物质在切断激发源后仍能继续被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光，这种发光现象称为磷光。发光，这种发光现象称为磷光。有时磷光能持续几十分钟甚至数小时，有时磷光能持续几十分钟甚至数小时，这种发光物质就是通常所说的长余辉材料。这种发光物质就是通常所说的长余辉材料。第11页/共24页12即：即：“荧光荧光”指的是激发时的发光，指的是激发时的发光

6、，而而“磷光磷光”指的是发光在激发停止后，指的是发光在激发停止后，可以持续一段时间。可以持续一段时间。第12页/共24页132.稀土的电子层结构和光谱学性质稀土的电子层结构和光谱学性质发光的本质是能量的转换，稀土之所以发光的本质是能量的转换，稀土之所以具有优异的发光性能，就在于它具有优异的具有优异的发光性能，就在于它具有优异的能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层结构决定的。结构决定的。第13页/共24页14 稀土元素基态原子的电于层构型稀土元素基态原子的电于层构型Sc （钪）（钪）ls22s22p63s23p63d14s2 Y （钇）（钇）ls22s22

7、p63s23p63d104s24p64d15s2 Ln（La-Lu）（镧系元素）（镧系元素）ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0145s25p65d016s2 第14页/共24页15 稀土元素的价态稀土元素的价态 其中，横坐标为原子序数，其中，横坐标为原子序数，纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。第15页/共24页16 稀土离子的发光特点稀土离子的发光特点+3价稀土离子的发光特点价稀土离子的发光特点具有具有f-f 跃迁的发光材料的发射光谱跃迁的发光材料的发射光谱呈线状，色纯度高；呈线状，色纯度高；荧光寿命长；荧光寿命长

8、；第16页/共24页17由于由于4f轨道处于内层，材料的发光轨道处于内层，材料的发光颜色基本不随基质的不同而改变；颜色基本不随基质的不同而改变；光谱形状很少随温度而变，温度猝光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。灭小，浓度猝灭小。第17页/共24页18 稀土发光材料的分类稀土发光材料的分类稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂在基质中，作为发光中心而掺入的在基质中，作为发光中心而掺入的离子称为激活剂。离子称为激活剂。第18页/共24页19以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中的最主要的一类，根据基质材料发光材料中的最主要的一类，根据基质材料的不同

9、又可分为两种情况：的不同又可分为两种情况：材料基质为稀土化合物；材料基质为稀土化合物；如如Y2O3：Eu3+；材料基质为非稀土化合物；材料基质为非稀土化合物；如如SrAl2O4：Eu2+。第19页/共24页20可可以以作作为为激激活活剂剂的的稀稀土土离离子子主主要要是是Gd3+钆钆（g）两两侧侧的的Sm3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、Dy3+。其其中中应应用用最最多多的的是是Eu3+（铕铕）和和Tb3+（铽铽）。第20页/共24页21可以通过选择基质的化学组成，添加适可以通过选择基质的化学组成，添加适当的阳离子或阴离子，改变晶场对当的阳离子或阴离子，改变晶场对Eu2+的影的影响，制备出特定波长的新型荧光体，提高荧响，制备出特定波长的新型荧光体，提高荧光体的发光效率，故这类发光材料具有广泛光体的发光效率，故这类发光材料具有广泛的应用。的应用。第21页/共24页22 稀土化合物作为基质材料稀土化合物作为基质材料常见的可作为基质材料的稀土化合物常见的可作为基质材料的稀土化合物有有Y2O3、La2O3和和Gd2O3等，也可以稀土等，也可以稀土与过渡元素共同构成的化合物作为基质材与过渡元素共同构成的化合物作为基质材料料(如如YVO4)。第22页/共24页23第23页/共24页感谢您的观看！第24页/共24页