第八章晶体缺陷与色心产生的颜色(2).pptVIP

章晶体缺陷与色心产生的颜色

晶体结构的周期性与点阵

离子晶体的结构特征

晶体是微粒(原子、离子、分子）在三维空间按一定规律周期性排列而成的固体。

离子晶体是负离子作某种型式的密堆积，正离子按一定比例填空隙。

正负离子的半径比决定离子晶体的结构型式。

理想晶体与实际晶体

在三维空间严格按照点阵的周期性重复排列的晶体称理想晶体;

实际晶体中往往存在某种缺陷,如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。

点缺陷包括空位、杂质原子、填隙原子、错位原子、变价原子等.

色心与某些晶体的颜色

色心

.奇异的实验现象

没有任何杂质的无色(俗称氟石),从过剩钙或含有钡、钾、钠等金属中结晶出来，或把晶体暴露在钙蒸汽中，通过辐照，能产生颜色。

但暴露在氟蒸汽中，无论怎样辐照，都不产生颜色！

古老的玻璃瓶放在沙漠中承受紫外线长期辐照，年后也会产生诱人的紫色，加热，紫色褪去；用高能射线辐照，几分钟也能产生较深的紫色。

新开采的矿物，遇阳光照射，会发生一系列颜色变化。

任何颜色的变化都离不开能级关系和吸收状态的改变。

.色心

()色心的概念

实际晶体存在的“缺陷”,造成电子移动的可能性.

晶体缺陷(天然或光辐照)引起的电子位移产生光的吸收,形成颜色,称为色心.

在金属蒸汽中结晶,过量金属的作用是作为一种手段来产生卤素的不足,即正电荷的过剩造成负离子的相对缺乏,以产生空穴,它可以俘获一个电子,形成色心.

()离子晶体中的缺陷

缺陷:一个离子从正常位置跑出,造成一个空位;再插入另一不正常位置,造成填隙,出现一对缺陷.

缺陷:一对正负离子移动到晶体表面或其它位置,留下一对空位.

电荷造成的缺陷熔体中加入,相当于形成了一个的空穴,为维持电中性,需要填隙的;若代替,则需要填隙的进行电荷补偿.

特定系统与晶体生长的具体条件决定了维持电中性的方式.

色心也会有不同的组合方式.

正是这些看似不完美的缺陷,给我们带来神秘的色彩!

色心产生颜色的机理

.色心产生的颜色

高能辐照把电子从满带激发到空带,带隙(不产生颜色),进入空带的电子容易被空穴俘获,能量为,这个过程有光的吸收,产生相应的颜色.

电子热运动增加了能量,引起被俘获电子的释放,电子回到空带并立即返回原来的满带,即被“漂白”.

漂白能比大些,它确定了失去颜色的温度.

天然色心:晶体形成的过程中有某种放射性元素存在,来自环境的辐照产生的色心;

人工色心:人为操作的辐照,几分钟内即可产生颜色.

.色心的稳定性:

暴露在强烈阳光下,几年基本不改变颜色的是稳定的色心;同样条件下若几周内褪色是不稳定的色心.稳定的色心只能由加热漂白,不稳定的色心光照或低温都可以漂白.

某些色心是可逆的,黑暗中形成,见光漂白.

色心产生颜色的实例

.烟晶

水晶是矿物的单晶体。透明度高。

每一万个中有一个被取代，用几千的射线照射，会出现深棕灰甚至发黑色的颜色变化，形成的材料称为烟晶。

加热到，颜色消失，再辐照，颜色恢复。

用钴放射的与的射线照射无色水晶,不到分钟即可变成深色烟晶.

的作用:

纯水晶在高能射线辐射下释放一个电子,形成瞬间空位,为维持电中性,离位的电子返回,晶体没有实质性变化;

一个取代,便少一正电荷,为维持电中性,由补偿电荷。高能辐射使含价电子较多的释放一个电子，即[]变成[]，形成一个色心(空穴心),[]原子团吸收可见光,产生烟晶的颜色.

俘获电子成为,不吸收可见光,无颜色.

加热释放电子,[]接受电子,褪色.

.紫晶

含的水晶带浅黄色.

受到高能射线辐照时

[]辐照[]

与前面的原理一样,失去电子的原子团也形成一个空穴心,[]原子团吸收可见光,产生浓重的紫色.

加热,电子释放,紫色消失,此过程可逆.但温度不可过高(左右,最稳定的色心也不超过)，否则会引起晶体结构发生不可逆变化.

3.劈晶石(紫方钠石)

矿物方钠石(Na4Al3Si3012Cl)若其部分氯被硫取代,刚开采出来的颜色为深洋红色,暴露在日光下很快褪色,黑暗中又可恢复颜色.

颜色的发生和消失是极浅的空穴心对电子的俘获与释放.

若一个S2-可取代两个Cl-,形成一个缺少Cl-的空穴.