第七章稀土发光材料
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1. 固体的发光
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、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射,这个物理过程称为固体的发光。
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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。
基质:作为材料主体的化合物;
激活剂:作为发光中心的少量搀杂离子。
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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、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。
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⑴固体发光与晶体内部结构
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,称为缺陷能级。
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作为发光材料的晶体,往往有目的地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级,它们对晶体的发光起着关键作用。
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发光是去激发的一种方式。晶体中电子的被激发和去激发互为逆过程。
被激发和去激发可能在价带、导带和缺陷能级中任意两个之间进行。
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被激发和去激发发生的过程如下:
①价带与导带之间;
②价带与缺陷能级之间;
③缺陷能级与导带之间;
④两个不同能量的缺陷能级之间。
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电子在去激发跃迁过程中,将所吸收的能量释放出来,转换成光辐射。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在能带(或能级)之间的能量差值。
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在去激发跃迁过程中,电子也可能将一部分能量转移给其它原子,这时电子辐射的光能小于跃迁前后电子所在能带(或能级)的能量差。
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