材料物理性能测试技术讲课课件-光学特性.pptVIP

米氏（Mie）散射 当a0??时，即散射中心尺度与入射光波长可以比拟时，?在0～4之间，具体数值与散射中心尺寸有关 瑞利（Rayleigh）散射 当a0?时，?＝4。换言之，当散射中心的线度远小于入射光波长时，散射强度与波长的四次方成反比。这一关系被称为瑞利散射定律 根据瑞利定律，微小粒子对长波的散射不如短波有效。 瑞利散射强度与波长的关系 在可见光的短波侧(?=400nm处）处，紫外的散射强度要比长波侧?=720nm处红光的散射强度大约大10倍 瑞利散射强度与波长的关系 在可见光的短波侧(?=400nm处）处，紫外的散射强度要比长波侧?=720nm处红光的散射强度大约大10倍 根据瑞利定律，我们不难理解晴天早晨的太阳为何呈红色，而中午却变成白色？ 地球表面尘埃和大气引起的光散射 地球大气层结构和阳光在一天中不同时刻到达观测者所通过的大气厚度不同 由于大气及尘埃对光谱上蓝紫色的散射比对红橙色为甚，阳光透过大气层越厚，蓝紫色成分损失越多，因此到达观测者的阳光中蓝紫色的比例就较少。 非弹性散射 当光束通过介质时，从侧向接收到的散射光主要是波长（或频率）不发生变化的瑞利散射光，属于弹性散射。除此之外，在频率坐标上对称地分布在弹性散射光的低频和高频侧，分布着其他一些光谱，这些光谱强度一般比弹性散射微弱得多。这些频率发生改变的光散射是入射光子与介质发生非弹性碰撞的结果，称为非弹性散射 材料的光发射 材料的光发射是材料以某种方式吸收能量之后，将其转化为光能即发射光子的过程 一般地说，物体发光可分为平衡辐射和非平衡辐射两大类 平衡辐射的性质只与辐射体的温度和发射本领有关 非平衡辐射是在外界激发下物体偏离了原来的热平衡态，继而发出的辐射 固体发光的微观过程可以分为两个步骤 对材料进行激励，即以各种方式输入能量，将固体中的电子能量提高到一个非平衡态，称为“激发态” 处于激发态的电子自发地向低能态跃迁，同时发射光子。 如果材料存在多个低能态，发光跃迁可以有多个渠道，那么材料就可能发射多种频率的光子。在很多情况下发射光子和激发光子的能量不相等，通常前者小于后者。倘若发射光子与激发光子的能量相等，发出的辐射就称为“共振荧光” 激励方式 光致发光 ：通过光的辐照将材料中的电子激发到高能态从而导致发光 阴极射线发光 ：利用高能量的电子来轰击材料，通过电子在材料内部的多次散射碰撞，使材料中多种发光中心被激发或电离而发光的过程 电致发光 ：通过对绝缘发光体施加强电场导致发光，或者从外电路将电子（空穴）注入到半导体的导带（价带），导致载流子复合而发光 发射光谱 发光光谱是指在一定的激发条件下发射光强按波长的分布 发射光谱的形状与材料的能量结构有关，有些材料的发射光谱呈现宽谱带，甚至由宽谱带交叠而形成连续谱带，有些材料的发射光谱则是线状结构 发射光谱则是反映从高能级始发的向下跃迁过程。 Y2O3S:Tb3+的线状发射光谱 激发光谱 激发光谱是指材料发射某一种特定谱线（或谱带）的发光强度随激发光的波长而变化的曲线 Y2SiO5:Eu3+部分高分辨率的激发光谱 激发光谱与吸收光谱相似与不同之处 相似： 能够引起材料发光的激发波长也一定是材料可以吸收的波长 激发光谱和吸收光谱都是反映材料中从基态始发的向上跃迁的都能给出有关材料能级和能带结构的有用信息 不同 但是有的材料吸收光之后不一定会发射光，就是说它可能把吸收的能量转化为热能而耗散掉，对发光没有贡献的吸收是不会在激发光谱上得到反映的。 通过激发光谱的分析可以找出，要是材料发光采用什么波长进行光激励最为有效。 几种常用的光谱分析方法 紫外－可见吸收光谱 红外吸收光谱 激光拉曼散射光谱 紫外－可见吸收光谱 基本原理： 属电子吸收光谱 当样品分子或原子吸收光子后，外层电子由基态跃迁到激发态，不同结构的样品分子，其电子跃迁不同，吸收光的波长范围不同，吸光的概率也不同，从而可根据波长范围、吸光度等鉴别不同物质结构方面的差异 紫外－可见吸收光谱 波长范围： 紫外：200～400nm 可扩展到可见光范围：400～800nm 电子跃迁类型 成键轨道与反键轨道之间的跃迁，即????，???? 非键电子激发到反键轨道，即n???，n??? 紫外－可见吸收光谱 电子跃迁能的大小： ???? n???????n??? 紫外－可见吸收光谱 不同类型分子结构的电子跃迁方式是不同的，有的基团可有几种跃迁方式，在紫外光谱团有吸收的是n???和????两种 凡是能量导致化合物在紫外－可见光区域发生吸收的基团，无论是否显出颜色均成为发色基团 凡是本身不会使化合物分子产生颜色或者在紫外－可见光区不发生吸收的一些基团称为助色