熒光光譜,磷光光譜,光致發(fā)光光譜三者的異同。有效期至2010年6月20日
本人是做發(fā)光材料的,老師說(shuō)測(cè)熒光光譜,文獻(xiàn)上一般做的是磷光光譜,還有的是光致發(fā)光發(fā)光光譜幾乎沒(méi)有看見(jiàn)做熒光光譜的。
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本人是做發(fā)光材料的,老師說(shuō)測(cè)熒光光譜,文獻(xiàn)上一般做的是磷光光譜,還有的是光致發(fā)光發(fā)光光譜幾乎沒(méi)有看見(jiàn)做熒光光譜的。
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京公網(wǎng)安備 11010802022153號(hào)
發(fā)光依據(jù)激發(fā)源(光激發(fā)、陰極射線激發(fā)等)的不同可分為光致發(fā)光(PL)、陰極射線發(fā)光(CL)等等。
熒光與磷光都是PL或CL的現(xiàn)象,兩者的區(qū)別在于:熒光壽命短,有激發(fā)源時(shí)會(huì)發(fā)光,激發(fā)源去除以后熒光就立即消失。相比之下,磷光則是有一定長(zhǎng)度的延時(shí)(馳豫時(shí)間),激發(fā)源去除后,樣品還能持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間。平時(shí)所見(jiàn)的夜光物質(zhì)就是磷光。
[ Last edited by qfw_68 on 2010-5-24 at 23:39 ]
發(fā)光依據(jù)激發(fā)源(光激發(fā)、陰極射線激發(fā)等)的不同可分為光致發(fā)光(PL)、陰極射線發(fā)光(CL)等等。
熒光與磷光都是PL或CL的現(xiàn)象,兩者的區(qū)別在于:熒光壽命短,有激發(fā)源時(shí)會(huì)發(fā)光,激發(fā)源去除以后熒光就立即消失。相比之下,磷光則是有一定長(zhǎng)度的延時(shí)(馳豫時(shí)間),激發(fā)源去除后,樣品還能持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間。平時(shí)所見(jiàn)的夜光物質(zhì)就是磷光。
[ Last edited by qfw_68 on 2010-5-24 at 23:39 ]
這些我也知道一些,就是到底該做哪一種激發(fā)和發(fā)射譜圖?對(duì)于同一種熒光材料來(lái)說(shuō)這三種譜圖的形狀都一樣,就是強(qiáng)度不一樣。如何選擇還是沒(méi)有說(shuō)清楚。
針對(duì)你自己發(fā)光材料的不同,選擇不同的發(fā)光選項(xiàng)。
如果你的方向側(cè)重?zé)晒,就測(cè)熒光,把化合物配成稀溶液,測(cè)量即可?梢詼y(cè)量熒光和發(fā)光光譜。一般化合物測(cè)量不到磷光。
如果你的方向側(cè)重磷光,就測(cè)磷光,把化合物配成特定溶液的稀溶液,在低溫下測(cè)量即可,可以測(cè)量低溫?zé)晒,低溫磷光和發(fā)光光譜。也有測(cè)常溫磷光的,但是可信度不高。
注1:發(fā)光光譜是熒光和磷光的總稱(chēng),因?yàn)橛袝r(shí)候你對(duì)熒光和磷光沒(méi)有特別要求,不需要區(qū)分光譜中兩者的成分,所以直接測(cè)量發(fā)光光譜即可。
注2:熒光多在常溫下測(cè),對(duì)溶劑要求不高;磷光躲在低溫下測(cè),對(duì)溶劑要求較高。我自己選擇的是2-甲基四氫呋喃作為低溫磷光溶劑。
注3:以上方法僅針對(duì)有機(jī)材料,不敢保證對(duì)無(wú)機(jī)材料也同樣適用。
熒光和磷光均為分子發(fā)射光譜,是光致發(fā)光;瘜W(xué)發(fā)光是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量使反應(yīng)物或產(chǎn)物發(fā)光。熒光準(zhǔn)確的說(shuō),是分子第一單重激發(fā)態(tài)(S1)的最低振動(dòng)能級(jí)到基態(tài)(S0)的不同振動(dòng)能級(jí)的輻射躍遷。磷光是分子第一三重激發(fā)態(tài)(T1)的最低振動(dòng)能級(jí)到基態(tài)(S0)的不同振動(dòng)能級(jí)的輻射躍遷。一般,磷光的波長(zhǎng)比熒光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。因?yàn)門(mén)1的能量低于S1的能量。
化學(xué)發(fā)光是相對(duì)生物發(fā)光而言,是指輻射的來(lái)源,跟其他兩個(gè)不是一個(gè)層面上的概念。
熒光是指電子從單線態(tài)第一激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)時(shí)釋放的光
磷光是指電子從三線態(tài)第一激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)釋放的光。
1 光致發(fā)光
光致發(fā)光的激發(fā)過(guò)程為單光子或多光子吸收過(guò)程,它包括光吸收、能量傳遞、光發(fā)射等過(guò)程,這些過(guò)程與材料結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列有關(guān),光致發(fā)光技術(shù)是研究固體中電子過(guò)程的重要手段。一般情況下,光致發(fā)光光子的能量小于激發(fā)光子的能量(斯托克斯位移),在特定條件下發(fā)射光子的能量可以超過(guò)激發(fā)光子的能量(反斯托克斯位移)。日光燈是利用汞蒸氣放電產(chǎn)生的紫外光激發(fā)涂覆在燈管壁上的發(fā)光物質(zhì)而發(fā)出可見(jiàn)光的。
2 電致發(fā)光
1920年德國(guó)學(xué)者古登和波爾發(fā)現(xiàn),某些物質(zhì)加上電壓后會(huì)發(fā)光,人們把這種現(xiàn)像稱(chēng)為電致發(fā)光或場(chǎng)致發(fā)光 (electroluminescent),簡(jiǎn)稱(chēng)EL。它是通過(guò)加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場(chǎng),被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心,而引致電子能級(jí)的躍進(jìn)、變化、復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象。電致發(fā)光(EL)按激光發(fā)過(guò)程的不同,其原理可以分為二大類(lèi):
2.1注入式電致發(fā)光
直接由裝在晶體上的電極注入電子和空穴,當(dāng)電子與空穴在晶體內(nèi)再?gòu)?fù)合時(shí),以光的形式釋放出多余的能量。注入式電致發(fā)光的基本結(jié)構(gòu)是結(jié)型二極管(LED),現(xiàn)以半導(dǎo)體發(fā)光二極管為例說(shuō)明其基本原理。
半導(dǎo)體發(fā)光二極管的主要結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體p-n結(jié),當(dāng)其外加正向偏置電壓時(shí)電子(空穴)會(huì)注入到p(n)型材料區(qū),這樣注入的少數(shù)載流子會(huì)通過(guò)直接或間接的途徑與多數(shù)載流子復(fù)合,載流子復(fù)合過(guò)程中會(huì)輻射發(fā)光,這種由載流子注入引起的復(fù)合發(fā)光被稱(chēng)為注入式電致發(fā)光,其基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光芯片被固定在導(dǎo)電、導(dǎo)熱的金屬支架上,外圍再封以環(huán)氧樹(shù)脂,起到聚光和保護(hù)芯片的作用,發(fā)光芯片無(wú)疑是整個(gè)LED器件的核心。LED芯片結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的分層結(jié)構(gòu):芯片兩端是金屬電極,底部是襯底材料,當(dāng)中是由P型層和N型層構(gòu)成的PN結(jié),發(fā)光層位于P型層和N型層之間,是發(fā)光的核心區(qū)域,P型層、N型層和發(fā)光層通過(guò)在襯底材料上以特殊工藝外延生長(zhǎng)而得。發(fā)光的基本原理簡(jiǎn)圖如圖7所示。芯片工作時(shí),P型層和N型層提供發(fā)光所需的空穴和電子,它們被注入到發(fā)光層發(fā)生復(fù)合發(fā)光。復(fù)合過(guò)程的發(fā)光機(jī)制主要是由半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)決定。半導(dǎo)體的能帶分為量子態(tài)被電子全填滿的價(jià)帶和量子態(tài)未被電子全填滿的導(dǎo)帶,兩者之間的能隙稱(chēng)之為禁帶,也稱(chēng)帶隙,用Eg表示。半導(dǎo)體的光學(xué)躍遷發(fā)生在價(jià)帶頂和導(dǎo)帶低附近。輻射電磁波的頻率由Eg=hv可求得。在半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)中,價(jià)帶頂?shù)哪芰课恢煤蛯?dǎo)帶低的能量位置同處于K空間同一點(diǎn),即同處在一個(gè)布里淵區(qū)的中心點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)為直接能帶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),價(jià)帶頂?shù)哪芰课恢煤蛯?dǎo)帶低的能量位置不同的能帶結(jié)構(gòu)為間接能帶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。電子和空穴的復(fù)合過(guò)程滿足動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。電子在直接能帶結(jié)構(gòu)中的直接躍遷發(fā)光不需聲子參加,而間接躍遷過(guò)程需要聲子的參與才能滿足動(dòng)量守恒定律,而且間接躍遷復(fù)合幾率較直接躍遷復(fù)合幾率小3~4個(gè)數(shù)量級(jí),所以在制備半導(dǎo)體LED結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量選取直接能帶半導(dǎo)體材料。如GaN和ZnO兩種基材料都是直接能帶半導(dǎo)體材料。
2.2本征型電致發(fā)光
本征型電致發(fā)光又可稱(chēng)為高場(chǎng)電致發(fā)光與低能電致發(fā)光。高場(chǎng)電致發(fā)光是熒光粉中的電子或由電極注入的電子在外加強(qiáng)電場(chǎng)的作用下在晶體內(nèi)部加速,碰接發(fā)光中心并使其激發(fā)或離化,電子在回復(fù)到基態(tài)時(shí)輻射發(fā)光。低能電致發(fā)光是指某些高電導(dǎo)熒光粉在低能電子注入時(shí)的激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象。
3陰極射線發(fā)光
陰極射線發(fā)光(Cathodoluminescence),即發(fā)光物質(zhì)在電子束激發(fā)下所產(chǎn)生的發(fā)光,簡(jiǎn)稱(chēng)為CL。最常見(jiàn)的應(yīng)用是電視顯像屏,當(dāng)然還包括計(jì)算機(jī)、電子顯微鏡和各式各樣電子儀器的顯示屏。這種應(yīng)用所使用的電子具有很高的能量,通常在幾千甚至上萬(wàn)電子伏(eV)。和光致發(fā)光相比,所用的能量是很大的,其激發(fā)過(guò)程也是不一樣的,比較復(fù)雜。
基本原理是當(dāng)高能量電子束進(jìn)入發(fā)光體后撞擊晶格,產(chǎn)生數(shù)量增多的電子,這就是次級(jí)電子(secondary electron)。次級(jí)電子又會(huì)產(chǎn)生電子。次級(jí)電子的能量自然不斷減小,但數(shù)量倍增。最后,當(dāng)大量的、能量只有幾個(gè)eV的電子去激發(fā)發(fā)光材料,如LaOCl:Dy3+/Tm3+(圖9),產(chǎn)生許多電子-空穴對(duì),這些電子通過(guò)諧振或準(zhǔn)諧振的形式將能量傳遞給發(fā)光中心離子,如Dy3+/Tm3+,最終使發(fā)光材料發(fā)光。另外,次級(jí)電子的能量分布很寬,能夠激發(fā)各種能態(tài),所以大多數(shù)物質(zhì)都有CL。它和PL類(lèi)似,也可用來(lái)研究分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、缺陷等。
圖9 LaOCl:Dy3+/Tm3+的CL發(fā)光原理
4 X射線即高能粒子發(fā)光
在各種射線如α、β、γ等核輻射以及X射線激發(fā)下,發(fā)光物質(zhì)所產(chǎn)生的發(fā)光稱(chēng)為X射線即高能粒子發(fā)光。發(fā)光物質(zhì)對(duì)這些高能量的吸收一般經(jīng)過(guò)三個(gè)過(guò)程:帶電粒子的減速、高能粒子的吸收以及電子-正電子對(duì)的形成。其中,眾所周知的X射線發(fā)光的應(yīng)用就是醫(yī)用的X光透視屏和攝像增感屏。另一個(gè)在核物理的重要應(yīng)用是閃爍計(jì)數(shù)器用的發(fā)光晶體。由于上述射線都是高能量的,所以它們主要都是通過(guò)產(chǎn)生的次級(jí)電子激發(fā)發(fā)光,基本原理與CL發(fā)光相似。
X射線和γ射線是不帶電的粒子流,也稱(chēng)高能光子流。通常,X射線主要產(chǎn)生光電效應(yīng)。這些高能射線激發(fā)發(fā)光物質(zhì)時(shí),均會(huì)產(chǎn)生大量的次級(jí)電子,而這些次級(jí)電子又會(huì)進(jìn)一步激發(fā)或離化發(fā)光物質(zhì)而發(fā)光。α、β粒子入射到發(fā)光物質(zhì)的后,會(huì)發(fā)生晶格原子的離化,產(chǎn)生很多具有很多動(dòng)能的離化電子、離化電子又可繼續(xù)引起其他原子的激發(fā)或離化,產(chǎn)生次級(jí)電子,即發(fā)光物質(zhì)對(duì)高能帶電粒子的能量吸收。當(dāng)這些激發(fā)或離化狀態(tài)重新回到平衡態(tài)時(shí),產(chǎn)生發(fā)光,
熒光 fluorescence,磷光 phosphorescence,光致發(fā)光 photoluminescence
發(fā)光 luminescence
熒光和磷光是發(fā)光的兩個(gè)種類(lèi),也可以說(shuō)是發(fā)光按發(fā)光持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短的一個(gè)分類(lèi)!
熒光: 激發(fā)和發(fā)射的間隔時(shí)間極短,約為10^-8 s, 撤掉光源,發(fā)光會(huì)立即消失。
磷光:ex與em的間隔較長(zhǎng),撤掉光源,發(fā)光還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。因此,就可以用“余輝”來(lái)表示持續(xù)時(shí)間。長(zhǎng)余輝材料就是磷光發(fā)光材料的一種,當(dāng)然根據(jù)余輝時(shí)間長(zhǎng)短還有短余輝和長(zhǎng)余輝等。
光致發(fā)光的概念就很廣了,用光源激發(fā)發(fā)光的都可統(tǒng)稱(chēng)為光致發(fā)光。
luminescence:目前,個(gè)人感覺(jué)有點(diǎn)泛指能級(jí)間躍遷的發(fā)光。另外,熒光光譜儀中的luminescence測(cè)試一欄呢,一般也都用來(lái)測(cè)量非儀器本身的光源激發(fā)的發(fā)光,或是材料自發(fā)發(fā)光。
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