荧光材料基本知识.doc

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1、1. 把各种能量转换为光能的过程主要有两种: 其一是热辐射，其二是发光。2. 按照激发能的不同可以把发光分类为光致发光（紫外波段发光或真空紫外波段发光激发）、阴极射线发光（电子束流激发）、电离辐射发光（射线、射线及高能离子激发）、电致发光（直流或交流电场激发）、化学发光（由化学反应能激发）、生物发光（由生物能激发）、摩擦发光（由机械应力激发）等。3. 发光材料是由作为材料主体的化合物（基质）和选定掺入的少量以至微量的杂质离子（激活剂）所组成，有时还掺入另一种杂质离子作为敏化剂。4. 荧光，又作“萤光”，是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光（通常是紫外线或 X 射线）照

2、射， 吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光（通常波长在可见光波段）；而且一旦停止入射光， 发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。在日常生活中，人们通常广义地把各种微弱的光亮都称为荧光，而不去仔细追究和区分其发光原理。5. 荧光淬灭（fluorescence quenching）又称荧光熄灭或萃灭：是指导致特定物质的荧光强度和寿命减少的所有现象。6. 荧光熄灭剂:引起荧光熄灭的物质称为荧光熄灭剂。如，卤素离子、重金属离子、氧分子以及硝基化合物、重氮化合物、羧基和羰基化合物均为常见的荧光熄灭剂。7. 荧光淬灭的原因很多，机理也很复杂，主要包括：

3、因荧光物质的分子和熄灭剂分子碰撞而损失能量；荧光物质的分子与熄灭剂分子作用生成了本身不发光的的配位化合物；溶解氧的存在，使得荧光物质氧化，或是由于氧分子的顺磁性，促进了体系间跨越，使得激发单重态的荧光分子生在荧光物质分子与猝灭剂分子之间8. 静态猝灭：当基态荧光分子与猝灭剂之间通过弱的结合生成复合物，且该复合物使荧光猝灭的现象称为静态猝灭。动态猝灭：如果激发态荧光分子与猝灭剂碰撞使其荧光猝灭则称为动态猝灭。动态猝灭：温度增高， 猝灭增强；静态猝灭：温度增高， 猝灭降低。转变至三重态；当荧光物质浓度过大时,会产生自淬灭现象。9. 量子效率也称量子收率 , 是指荧光物体分子发射的光量子数与吸收的光

4、量子数之比。其大小是由分子结构决定的, 而与激发光源的能量无关。10. 拉曼散射光谱是指分子对入射光所产生使其频率发生较大改变的一种光散射现象。激光拉曼光谱主要的一些特点 : (l)每种物质(分子)都有自己完全独立的特征谱线，因此每种物质的特征谱线可以表征这一物质。(2)拉曼谱线的线宽大多数较窄，并且往往都是成对出现的，也就是具有完全相同大小的正负频差。这两条谱线在短波一边的叫做反斯托克斯谱线，在长波一边的叫做斯托克斯谱线。 (3)每一物质的拉曼频移(也就是入射频率与散射频率之差)的大小和入射光的频率是完全无关的，拉曼散射是瞬间产生的，即入射光消失时，拉曼散射也会在瞬间消失。11. 荧光光谱可

5、能被分子或原子所能吸收的一些频率来进行激发，而所有的频率都可以激发拉曼光谱。12. 荧光分析是指利用某些物质在紫外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量的分析的方法。13. 荧光分光光度计是用于扫描液相荧光标记物所发出的荧光 光谱的一种仪器。其能提供包括激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数，从各个角度反映了分子的成键和结构情况。通过对这些参数的测定， 不但可以做一般的定量分析 , 而且还可以推断分子在各种环境下的构象变化， 从而阐明分子结构与功能之间的关系。荧光分光光度计的激发波长扫描范围一般是 190650nm，发射波长扫描范围是 20080

6、0nm。可用于液体、固体样品（如凝胶条）的光谱扫描。14. 荧光分析可应用于物质的定性及定量，由于物质结构不同，所能吸收的紫外光波长不同，在返回基态时，所发射的荧光波长也不同，利用这个性质可以鉴别物质。对于同种物质的溶液，其产生的荧光强度与浓度呈线性关系，利用这个性质可进行定量分析。15. 荧光法的主要特点是灵敏度高，检出限为 10-7lO-9g/m-1 比紫外可见分光光度法高 101103 倍。荧光法的选择性强，能吸收光的物质并不一定产生荧光，且不同物质由于结构不同，虽吸收同一波长的光，产生的荧光波长也不同。此外，因此使它的应用范围受到限制。16. 荧光光谱和激发光谱呈现大致的镜像对称关系。

7、17. 温度的影响：一般来说，大多数荧光物质的溶液随着温度降低，荧光效率和荧光强度将增加，相反，温度升高荧光效率将下降。18. 当荧光物质是弱酸或弱碱时，溶液的 pH 值对荧光强度有较大的影响。曲线与吸收光谱曲线重叠时，荧光被溶液中处于基态的分子吸收，19. 当荧光物质浓度较大时，常会发生自淬灭现象，这可能是由于激发态分子之间的碰撞引起能量损失。当荧光物质的荧光光谱称为自吸收。20. 在荧光分析中，可以采用不同的实验方法以进行分析物质浓度的测量。其中，最简单的便是直接测定的方法。只要分析物质本身发荧光，便可以通过测量它的荧光强度以测定其浓度。21. 间接测定的办法：第一种方法是通过化学反应将非

8、荧光物质转变为适合与测定的荧光物质；间接测定的第二种方法是荧光淬灭。22. 荧光粉(俗称夜光粉)，通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两类。光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。带有放射性的夜光粉， 是在荧光粉中掺入放射性物质，利用放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用范围小。23. 稀土三基色荧光粉的特点是发光谱带狭窄，发光能量更为集中，且在短波紫外线激发下稳定性高，高温特性

9、好，更适用于高负载细管荧光灯和各种单端紧凑型荧光灯。24. 灯用荧光粉主要有 3 类。第一类用于普通荧光灯和低压汞灯， 第二类用于高压汞灯和自镇流荧光灯，第三类用于紫外光源等。25. 示踪剂是指那些能随注入流体一起流动、指示流体在多孔介质中的存在、流动方向和渗流速度的物质。26. 色谱法又称色层法或层析法，是一种物理化学分析方法，它利用不同溶质（样品）与固定相和流动相之间的作用力（分配、吸附、离子交换等）的差别，当两相做相对移动时，各溶质在两相间进行多次平衡，使各溶质达到相互分离。27. 荧光类物质具有稳定性好、灵敏度高和检测限极低的优点。并且利用荧光光度法可直接进行单一品种的检测，方便快捷，

10、适合现场应用。28. 物质的激发光谱和荧光发射光谱，可以用作该物质的定性分析。当激发光强度、波长、所用溶剂及温度等条件固定时，物质在一定浓度范围内，其发射光强度与溶液中该物质的浓度成正比关系，可以用作定量分析。这种利用荧光强度和波长进行的定量、定性分析方法称为荧光光谱法。荧光光谱法的灵敏度比紫外与可见分光光度法高几个数量级。29. 溶液中 H+浓度的测定通常采用：酸碱中和滴定法；精密 pH试纸法；酸度计法；光化学氢离子传感器法。30. 有机荧光材料的光、热稳定性以及机械加工性能较差，且容易发生荧光猝灭现象，部分荧光材料还有毒副作用等等，这些缺陷大大限制了荧光材料进一步应用的可能性。为解决有机荧

11、光分子的上述缺陷，人们试图将具有耐高温，耐腐蚀，耐磨性好，强度高等优点的无机材料和有机荧光分子杂化，实现两者性能上的互补和优化，从而提高荧光材料广泛应用的可能性。31. 敏化剂是指分子中含有共轭体系的物质，它们能吸收光能跃迁至激发态。处于激发态的敏化剂分子可将多余的能量传递给荧光物质的分子而使其荧光增强。32. 量子点的晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效应，从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰也相应蓝移。33.荧光分子尺寸越大时，负载量越高荧光强度越弱；荧光分子尺寸越大，

12、荧光寿命越长。34. 激发光的强度超过一定限度时，光吸收就趋子饱和，并不可逆地破坏激发态分子，这就是光漂白现象。35. 半导体纳米粒子又称量子点。量子点的结构导致了它具有尺寸量子效应和介电限域效应,并由此派生出量子点独特的发光特性。量子点由于粒径很小（约 1100nm），电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此其光学行为与一些大分子（如多环的芳香烃）很相似，可以发射荧光。36. 量子点具有较大的斯托克斯位移和狭窄对称的荧光谱峰，半高峰宽（Full Widths Half Max, FWHM ）常常只有 40nm 或更小。这样就允许同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光

13、谱不出现交叠，或只出现很少交叠。37. 发射波长总是大于其激发波长，两者的差值叫斯托克斯（Stokes）位移。荧光寿命(即激发态寿命)，是指分子在激发态的平均停留时38.间。若分子受激后迅速弛豫，则可实现多次激发，所以荧光寿命短时可提高灵敏度。由于能带中的能级之间的能量差值很小 ,所以通常我们可以39.把能带内的能级看成是连续的。40. 半导体的许多特性是由其所掺的杂质和缺陷所决定的。在杂质和缺陷附近往往可以形成束缚电子态 ,其能级也与晶体中的其他正常原子不同,即杂质的能级可以在晶体能级的禁带当中,也就是说,束缚态的能量一般处在禁带之中。如果施主能级离导带底比较近,那么在常温下,由于束缚态中的

14、电子激发到了导带中而使LED 是一种可以将电能转化为光能的半导体器件,一般由一个得导带中的电子会远远多于价带中的空穴,这种半导体就称为 N 型半导体。如果受主能级与价带顶端比较接近,那么常温下由于价带中的电子激发到了束缚态,使得价带中的空穴远远的多于导带中的电子,这种半导体就被称为 P 型半导体。P 型半导体和 N 型半导体的交界面附近的过渡区就是我们通常所说的 PN 结。41.PN 结组成,具有单向导电性。由于 P 区带有过量的正电荷(空穴),N 区带有过量的负电荷 (电子),当把一定的正向偏置电压施加在该PN 结上时,电子会受电场影响由N 区向P 区移动,而空穴则会由P 区向N 区移动,在

15、P 区和N 区的交界处发生复合,复合过程中产生的能量就会以光、热等的形式发射出来。42. 到目前为止,实现白光 LED 的方案主要有以下三种:第一种就是用蓝光 LED 芯片和发黄色光的焚光粉结合组成的白光 LED;第二种是用发紫光或紫外光的 LED 芯片和可被紫光或紫外光有效激发的红、绿、蓝三基色焚光粉或多色焚光粉结合来制备白光 LED; 第三种则是将红、绿、蓝三基色 LED 芯片或发光管组成一个象素, 实现白光。43. LED 是半导体电子一空穴复合造成的一种直接发光现象,因此发光的响应时间很短,小于 100ns。44. 由于红色 LED 使用了 GaAs,会对环境产生一定的危害,因此红色L

16、ED 的替代技术或寻找另一种高效的红色LED 是一个进一步改善环境性的要求。45. 聚邻苯二酰胺（简称 PPA）树脂是以对苯二甲酸或邻苯二甲酸为原料的半芳香族聚酰胺。目前 LED 封装选用的 LED 支架大多为初始白度好、亮度高的 PPA 材料支架。46. 荧光粉的温度特性指的是加热到一定温度并稳定 10min 时的发光亮度、激发波长、发射主峰、色坐标等的改变量。47. 粒度分布离散度是用来描述粒度分布的相对宽度或不均匀程度,定义、分布宽度/平均粒度,代表粒度分布范围,一般要求（d90d10）/ d501.5。48. 最为著名的是 Y3Al5012:Ce3+(YAG:Ce)。讫今为止,业界公认

17、效率最佳的产生白光的组合仍是蓝光 LED 芯片搭配 YAG:Ce 黄光荧光粉。49. 硅氧氮化物荧光粉的共价性高,能带间隙低,稀土离子的 d 电子能级受到强的晶体场作用产生较大的勞裂 ,所以相比于单纯氧化物,发射波长会发生红移 ,呈现宽谱带发射,发射波长可覆盖蓝光到红光整个可见光波段。50. 优级纯试剂 一级 GR绿色 纯度最高， 杂质含量最低，适用于最精密分析工作和科学研究工作分析纯试剂 二级 AR红色 纯度略次于优级纯，适用于重要分析工作及一般研究工作化学纯试剂 三级 CP蓝色 纯度与分析纯相差较大，适用于工矿、学校一般分析工作。51. 天然气水合物（Natural Gas Hydrate

18、，简称 Gas Hydrate）因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”(英译为： Flammable ice）或者“固体瓦斯”和“气冰”。 形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过 99%的天然气水合物通常 称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。52. 水合物是一种较为特殊的包络化合物。在水合物中,作为主体的水分子形成一种笼形点阵结构,作为客体的水合物形成物分子则填充于点阵间的空腔。主、客体分子间无化学计量关系。形成点阵的水分子之间由较强的氢键结合 ,而主、客体分子间的作用力 van der Waals 力。温度低于和高于水的正常冰点均可形成水合物。53. 恒温恒容下,一个完整的水合物生成过程由溶解、成核和生长三阶段组成。54. 哈佛大学肯尼迪学院环境和自然资源项目副教授莱纳德 马格瑞指出，由于页岩气勘探和开采的规模、技术性以及商业考虑与传统能源有着本质的区别，同时，不同的页岩资源区块在地质条件、商业性方面也有着极大差异，因此不能将传统能源与页岩能源产业进行简单类比。