材料的光学性能2.pptx

1;Four stages in development of lighting applications;一、两种发光类型： 物体发射可见光有两种形式：热发光和冷发光。 由于可燃物质燃烧或物体温度升高达到红热、白热状态时的发光，称热发光。热发光在能量转化中的热耗大，发光效率低。 物质不是由于温度升高而发射可见光，称冷发光。冷发光由于热耗小，发光效率较高。如荧火虫发光,发光热耗几乎等于零.;1）热辐射的发光机制： 电灯、火焰、太阳等热辐射体的发光是由于物质在受到热能作用时，原子中的电子吸收外来能量从低能级跃迁到高能级（即原子被激发）后从高能级自发地向低能级跃迁中放出能量的过程。 电子从低能级向高能级跃迁的过程实际上是一个“受激吸收”过程。电子处在高能级的寿命很短（约10－8～10－9秒），在没有外界作用下，处于高能级的电子会自发地向低能级跃迁，这种跃迁过程所发出的辐射称为自发辐射 。;2）热辐射的发光特点： ●由于原子的自发辐射是一种随机过程，各发光原子的发光过程彼此独立，互不关联，所以热辐射各原子发出的光的方向是无规则的射向四面八方，且位相、偏振状态也各不相同。 ●由于激发能级有大的宽度，因此发射光的频率不会是单一的，而有一定频率范围。 ●光谱能量密度是波长与温度的函数，或光谱辐射出射度是波长与温度的函数。（普朗克公式） ●发射率? （定义为辐射体的辐射出射度与同温度下黑体的辐射出射度之比）与辐射体的组成及表面情况密切相关。 ;3）黑体的发光特性 绝对黑体只是一个理想的概念。用人工方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源,例如,腔型黑体辐射源。;在折射率为n 的介质中的黑体辐射公式 对于折谢率n?1的介质中的黑体辐射,由于辐射在介质中的传播速度V与在真空中的速度c不同, 各热辐射定律公式应写成以下形式: ;4）人工热辐射源的辐射特性 能斯特灯：辐射体是由氧化锆、氧化钍和氧化钇粉末混合成型后在高温下烧结而成的细棒状灯丝。在1800K工作时，发射出15μm附近的红外光，发射率达。 硅碳棒：工作在1300-1500K间，发射连续谱，最大值在8μm附近。 白炽灯：一般以钨丝为辐射体，工作温度很高，发射短波长(0.2-1.6μm)连续谱。 高压短弧氙灯：发射短波长(0.2-1.8μm)带多个峰的连续谱。 ;2. 冷光;分立中心发光 复合发光;2. 复合发光;6.3 材料的发光特征;发光持续时间特征;发光光谱;6.4 发光材料分类;光致发光材料;可能的发光过程; 颜色的单色性 从材料的发射光谱来看，发射谱峰的宽窄也是发光材料的重要特性，谱峰越窄，发光材料的单色性越好，反之亦然。我们将谱峰1/2高度时缝的宽度称作半宽度。如下图所示。 依照发射峰的半宽度可将发光材料还分为3种类型： 宽带材料：半宽度~100nm，如CaWO4； 窄带材料：半宽度~50nm，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+； 线谱材料：半宽度，如GdVO4)：Eu3+；; 2. 典型荧光和磷光材料 日光用磷光材料 日光灯是磷光材料的最重要应用之一。激发源是汞放电产生的紫外光，磷光材料吸收这种紫外光，发出“白色光”。下图为荧光灯的构造示意图，它由一个内壁涂有磷光体的玻璃管内充有汞蒸气和氩气构成。 通电后，汞原子受到灯丝发出电子的轰击，被激发到较高能态。当它返回到基态时便发出波长为254和185nm的紫外光，涂在灯管内壁的磷光体受到这种光辐照，就随之发出白光。这里我们说的是低压汞灯，还有高压汞灯，但原理都一样。; 灯用磷光材料的组成 常用的基质晶体有两类： 离子键的绝缘材料，例如Cd2B2O5、Zn2SiO4、3Ca(PO4)2·Ca(Cl,F)2等。在这些材料中，相应激活离子有一套不连续的能级，并且它们受到基质晶体环境定域的影响而有所修正。 共价性的半导体化合物ZnS等。对这类材料，基质的能带结构会由于加入激活剂离子伴随的定域能级而有所改变。例如，分别掺杂Ag+、Sb3+和Eu2+离子的ZnS磷光体由于激活剂不同，而产生特征的光谱和颜色，下图是它们的发射光谱，对应的电子跃迁如下： ;在荧光灯中广泛应用的磷光体材料是双重掺杂了Sb3+和Eu2+的磷灰石。基质Ca5(PO4)3F中掺入Sb3+发蓝荧光，掺入Mn2+后发桔黄色光，两者都掺入发出近似白色光。 用氯离子部分取代氟磷灰石中氟离子，可以改变发射光谱的波长分布。这是由于基质变化改变了激活剂离子的能级，也就改变了其发射光谱波长。 以这种方式小心控制组成比例，可以获得较佳的荧光颜色。表给出了某些灯用磷光体。近年来发展了稀土“三基色”灯用荧光材料。 表 某些灯用磷光体 磷光体