固体发光材料及其应用 ppt
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固体发光材料及其应用共17页PPT资料
如发光水母一样的“希望树”种子； 郁郁葱葱、奇妙的发光森林； 可当房子居住的参天巨树； 色彩斑斓神气活现的茂密雨林……
发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。 但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由 于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。
THE END 谢 谢~
谢谢！
实例2：夹在两平行板电极间薄层材料产生的发光。 可用于计算机液晶显示屏的背照明。
三、发光材料分类
纯发光材料+掺杂发光材料 （1）纯发光材料
是指基质本身就可发光的材料
稀土元素化合物 由组成化合物基质的元素发光 由组成化合物的原子团发光
（2） 掺杂发光可以改变发光材料的性能，包括效率、余辉、 光谱等。在电致发光中，杂质可用来改变导电类型 及电阻率等参量。
固体发光材料及其应用
提纲
1
发光现象
1
激发方式
1
发光材料
1
研究现状及前景
一、 发光现象
发光：即Luminescence一词，作为一 个技术名词，是专指一种特殊的光发射 现象。
自然界很多物体（包括固体、液体和气 体，有机物和无机物），都具有发光的 性能。
影 片 《 阿 凡 达 》 ： 男主角杰克 潘多拉星球
科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特 别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷 化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身 磷光闪烁。
生物界说到发光，首先想到萤火虫，除此之外大自然中还 有许多能够发光的生物，如一些生活在海里的鱼、虾、水 母、珊瑚、贝类和蠕虫等。
百慕大三角洲发现的荧光虾
发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。 但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由 于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。
THE END 谢 谢~
谢谢！
实例2：夹在两平行板电极间薄层材料产生的发光。 可用于计算机液晶显示屏的背照明。
三、发光材料分类
纯发光材料+掺杂发光材料 （1）纯发光材料
是指基质本身就可发光的材料
稀土元素化合物 由组成化合物基质的元素发光 由组成化合物的原子团发光
（2） 掺杂发光可以改变发光材料的性能，包括效率、余辉、 光谱等。在电致发光中，杂质可用来改变导电类型 及电阻率等参量。
固体发光材料及其应用
提纲
1
发光现象
1
激发方式
1
发光材料
1
研究现状及前景
一、 发光现象
发光：即Luminescence一词，作为一 个技术名词，是专指一种特殊的光发射 现象。
自然界很多物体（包括固体、液体和气 体，有机物和无机物），都具有发光的 性能。
影 片 《 阿 凡 达 》 ： 男主角杰克 潘多拉星球
科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特 别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷 化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身 磷光闪烁。
生物界说到发光，首先想到萤火虫，除此之外大自然中还 有许多能够发光的生物，如一些生活在海里的鱼、虾、水 母、珊瑚、贝类和蠕虫等。
百慕大三角洲发现的荧光虾
固体发光课件
发光分类
根据激发方式的不同，固体发光 可分为光致发光、电致发光、阴 极射线发光、化学发光和生物发 光等。
固体发光物质结构
晶体结构
固体发光物质多为晶体，其内部原子 或分子按一定规律排列，形成周期性 结构。
能级结构
固体发光物质的能级结构包括基态和 激发态，激发态的能量高于基态，当 物质吸收能量后，电子从基态跃迁到 激发态。
生物医学领域应用前景展望
生物成像
01
利用固体发光材料的荧光特性，进行生物标记和成像，可用于
研究细胞、组织等生物样本的结构和功能。
生物传感
02
将固体发光材料与生物分子相结合，构建生物传感器件，用于
检测生物分子、离子等物质的含量和变化。
光动力治疗
03
利用固体发光材料产生的光能，激活光敏剂并产生毒性作用，
材料性能参数及影响因素
发光效率
发光效率是衡量固体发光材料性能的重要指标， 包括量子效率和流明效率。量子效率表示发光的 量子数与吸收的量子数之比，流明效率则表示发 光的亮度与输入的电功率之比。
余辉时间
余辉时间是指发光材料在停止激发后，发光强度 衰减到初始强度的1/e所需的时间。长余辉材料在 夜间或暗环境下具有良好的指示和装饰效果。
发光颜色
发光颜色由材料的能级结构和发光机制决定，可 以通过改变材料的组成、结构或掺杂元素等方式 实现发光颜色的调控。
热稳定性
热稳定性是指固体发光材料在高温环境下的发光 性能保持能力。良好的热稳定性有助于提高材料 的可靠性和使用寿命。
新型固体发光材料研究进展
钙钛矿发光材料
钙钛矿是一类具有优异光电性能的材料，近年来在固体发光领域取得了重要进展。通过调 控钙钛矿的组成和结构，可以实现高效、稳定的固体发光。
根据激发方式的不同，固体发光 可分为光致发光、电致发光、阴 极射线发光、化学发光和生物发 光等。
固体发光物质结构
晶体结构
固体发光物质多为晶体，其内部原子 或分子按一定规律排列，形成周期性 结构。
能级结构
固体发光物质的能级结构包括基态和 激发态，激发态的能量高于基态，当 物质吸收能量后，电子从基态跃迁到 激发态。
生物医学领域应用前景展望
生物成像
01
利用固体发光材料的荧光特性，进行生物标记和成像，可用于
研究细胞、组织等生物样本的结构和功能。
生物传感
02
将固体发光材料与生物分子相结合，构建生物传感器件，用于
检测生物分子、离子等物质的含量和变化。
光动力治疗
03
利用固体发光材料产生的光能，激活光敏剂并产生毒性作用，
材料性能参数及影响因素
发光效率
发光效率是衡量固体发光材料性能的重要指标， 包括量子效率和流明效率。量子效率表示发光的 量子数与吸收的量子数之比，流明效率则表示发 光的亮度与输入的电功率之比。
余辉时间
余辉时间是指发光材料在停止激发后，发光强度 衰减到初始强度的1/e所需的时间。长余辉材料在 夜间或暗环境下具有良好的指示和装饰效果。
发光颜色
发光颜色由材料的能级结构和发光机制决定，可 以通过改变材料的组成、结构或掺杂元素等方式 实现发光颜色的调控。
热稳定性
热稳定性是指固体发光材料在高温环境下的发光 性能保持能力。良好的热稳定性有助于提高材料 的可靠性和使用寿命。
新型固体发光材料研究进展
钙钛矿发光材料
钙钛矿是一类具有优异光电性能的材料，近年来在固体发光领域取得了重要进展。通过调 控钙钛矿的组成和结构，可以实现高效、稳定的固体发光。
第9章-发光材料ppt课件
• 二、发光材料的发光特征 • 1、颜色特征
• 不同发光材料有不同的发光颜色。
材料的发光光谱(又称 发射光谱)可分为下列 三种类型：宽带、窄 带、线谱。
宽带:半宽度～ 100nm 窄带:半宽度～ 50nm 线谱:半宽度～ 0.1nm
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12
稀土发光材料
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13
• 2、发光强度特征
• 热辐射与冷光。
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5
发光材料品种很多，按激发方式发光材料可以分为：
（1）光致发光材料：发光材料在光（通常是紫外光、 红外光和可见光）照射下激发发光。
（2）电致发光材料：发光材料在电场或电流作用下 的激发发光。
（3）阴极射线致发光材料：发光材料在加速电子的 轰击下的激发发光。
（4）热致发光材料：发光材料在热的作用下的激发 发光。
电子逐渐逸出，跳回价带并发射光子。
• 具有缺陷的某些复杂的无机晶体物质，在光激发 时和光激发停止后一定时间内 (>10-8 s) 能够发光， 这些晶体成为磷光材料。
• 磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部分。
用作基质的有第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒
化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐等，如
ZnS、BaS、CaS、CaWO3、Ca3(PO4)2用来作激活
• （3）两个敏化中心被激发，把激发能按先后顺序或同 时传递给发光中心，使其中处于基态的电子跃迁到比 激发光光子的能量更高的能级，然后驰豫下来发出波 长短得多的光。
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27
• 四、光致发光材料的应用
• 主要用于显示、显像、照明和日常生活中。 如荧光化妆品、荧光染料等。
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28
《固体光学与光谱学》课件
固体光学材料在光学仪器制造 中发挥着重要作用，如透镜、
棱镜等。
能源领域
固体光学在太阳能利用领域也 有广泛应用，如太阳能电池等
。
生物医学领域
固体光学在生物医学领域的应 用包括光学成像、光谱分析等
。
02
固体光谱学基础
光谱学的定义与分类
01
总结词：光谱学的定义与分类
02
光谱学是研究物质与光相互作用的科学，通过分析物质产生的光谱， 可以了解物质的组成、结构和性质。
拓展应用领域
积极探索固体光学与光谱学的应用领域，推动其在各个领域的实 际应用。
THANKS
感谢观看
激光材料分类
激光材料可以根据能级结构和光谱特性分为固体激光材料 、气体激光材料、液体激光材料等，不同类型激光材料的 性能和应用范围也不同。
激光材料应用
激光材料在激光器、光通信、医疗等领域有广泛应用，如 固体激光器、光纤激光器、医用激光器等。
固体非线性光学材料的光谱学研究
01
非线性光学材料光谱学研究
应用领域拓展
目前固体光学与光谱学的应用领域还不够广泛，需要进一步拓展其 应用范围，如生物医学、环境监测等领域。
对未来研究的建议与展望
加强交叉学科合作
鼓励不同学科领域的专家学者进行合作研究，共同推动固体光学 与光谱学的发展。
强化基础研究
加强基础研究，完善相关理论体系，为固体光学与光谱学的应用 提供理论支持。
发光材料分类
发光材料可以根据能级结构和光 谱特性分为荧光材料、磷光材料 、上转换材料等，不同类型发光 材料的性能和应用范围也不同。
发光材料应用
发光材料在显示、照明、生物成 像等领域有广泛应用，如LED显 示屏、荧光灯、荧光粉等。
棱镜等。
能源领域
固体光学在太阳能利用领域也 有广泛应用，如太阳能电池等
。
生物医学领域
固体光学在生物医学领域的应 用包括光学成像、光谱分析等
。
02
固体光谱学基础
光谱学的定义与分类
01
总结词：光谱学的定义与分类
02
光谱学是研究物质与光相互作用的科学，通过分析物质产生的光谱， 可以了解物质的组成、结构和性质。
拓展应用领域
积极探索固体光学与光谱学的应用领域，推动其在各个领域的实 际应用。
THANKS
感谢观看
激光材料分类
激光材料可以根据能级结构和光谱特性分为固体激光材料 、气体激光材料、液体激光材料等，不同类型激光材料的 性能和应用范围也不同。
激光材料应用
激光材料在激光器、光通信、医疗等领域有广泛应用，如 固体激光器、光纤激光器、医用激光器等。
固体非线性光学材料的光谱学研究
01
非线性光学材料光谱学研究
应用领域拓展
目前固体光学与光谱学的应用领域还不够广泛，需要进一步拓展其 应用范围，如生物医学、环境监测等领域。
对未来研究的建议与展望
加强交叉学科合作
鼓励不同学科领域的专家学者进行合作研究，共同推动固体光学 与光谱学的发展。
强化基础研究
加强基础研究，完善相关理论体系，为固体光学与光谱学的应用 提供理论支持。
发光材料分类
发光材料可以根据能级结构和光 谱特性分为荧光材料、磷光材料 、上转换材料等，不同类型发光 材料的性能和应用范围也不同。
发光材料应用
发光材料在显示、照明、生物成 像等领域有广泛应用，如LED显 示屏、荧光灯、荧光粉等。
固体电致发光 ppt课件
OLED器件的发光机制
如下图的典型多层 OLED构造，发光过程 为：载流子注入是经 过阴极和阳极注入到 电极内侧有机功能薄 膜层，载流子分别从 电子传输层和空穴传 输层向发光层迁移， 电子和空穴在发光层 中相，相互束缚而构 成激子〔Exciton〕， 激发态能量经过辐射 跃迁到基态。
三、发光二级管
可以卷的、便携式显示器
OLED器件的发光机制
OLED的根本原理为：参与一外加偏压，使电子空 穴分别经过空穴传输层与电子传输层后，进入一 具有发光特性的有机物质，在其内部发生复合， 鼓励出一个激子，再将能量释放出来回到基态， 而这些释放出来的能量中，通常由于发光资料的 选择及电子自旋的特性，只需25%〔单重态到基态 〕的能量可以用来当作OLED的发光，其他75%〔三 重态到基态〕的能量以磷光或热的方式回归到基 态。选择不同的发光资料〔带隙不同〕可得到不 同颜色的发光。
1. 器件制造
❖ 可用不同的半导体技术来制造电致发光器件：融 熔，在晶体生长过程中外延，分散和离子注入等。
❖ SiC电致发光器件激起了人们很大兴趣，由于它们 稳定性特别高，任务寿命长，并能抗电流过敏， 耐热及耐受其它外部作用。人们可以制备出发出 任何颜色可见光乃至发出紫外光的SiC电致发光器 件。
❖ 在不改动器件制造方法的情况下，在这种器件中 SiC发光颜色的控制既可以经过采用: ①不同的多型体,仅由于SiC的不同多型体禁带宽 度上的差别就可以使辐射的光子能量改动0.8eV. ②可以经过掺不同的发光激活剂来实现。比如说 6H-SiC分别掺Be，B，Se和Al就可以制出红、黄、 绿和蓝色的发光器件。
二、电致发光器件和原理
电致发光(电场发光，EL)是指电流经过 物质时或物质处于强电场下发光的景象， 普通以为是在强电场作用下，电子的能量 相应增大，直至远远超越热平衡形状下的 电子能量而成为过热电子，这过热电子在 运动过程中可以经过碰撞使晶格离化构成 电子、空穴对，当这些被离化的电子、空 穴对复合或被激发的发光中心回到基态时 便发出光来.
固体发光材料
固体物理专题---发光材料一、发光1、当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分的能量是位于可见、紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。
2、发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，这种发射过程具有一定的持续时间。
热辐射：任何绝对零度以上的物质都会发射热辐射，大多数位于红外区。
一般600℃以上会有部分可见光成分。
热辐射是一种平衡辐射，基本上只与物体温度有关，而与物质种类无关。
（例如：太，白炽灯泡，烧热的炉膛。
）发光：是一种非平衡辐射（偏离原先的热平衡态），是物体吸收外来能量后所发出的总辐射中超出热辐射的部分。
发光材料不需要加热，是一种“冷光”。
•非平衡辐射有许多种，除了发光以外，还有反射，散射等。
光辐射的特征一般可用五个宏观光学参量描述：亮度、光谱、相干性、偏振度和辐射期间。
•亮度：亮度高低不能区分各种类型的非平衡辐射；•光谱改变及相干性：不仅在发光中存在，在联合散射和康普顿-吴有训效应中也有。
而且，作为在特定条件下的发光，如激光及超辐射（特殊条件下的自发发射），具有相干性。
•偏振度：在发光现象中并没有带普遍性的特点。
•辐射期间：发光有一个比较长的延续时间，这个延续时间有长有短，总之都比反射、散射的10-14秒持续时间长。
指去掉激发后，辐射还可延续的时间。
3、固体发光的两个基本特征（１）任何物体在一定温度下都具有平衡热辐射，而发光是指吸收外来能量后，发出的总辐射中超出平衡热辐射的部分。
（２）当外界激发源对材料的作用停止后，发光还会持续一段时间，称为余辉。
这是固体发光与其他光发射现象的根本区别。
二、材料的发光机理——分立中心发光发光材料的发光中心受激发时并未离化，发光过程全部局限在中心部。
被激发的发光中心的电子虽然获得了跃迁至激发态的能量，但并未离开中心，迟早会释放出激发能，回到基态而发出光来。
固体的光学性质和光材料课件
影响电导率的因素 光材料的电导率受其内部电子的移动性和数量影 响。金属材料通常具有高电导率，因为它们的电 子结构允许电子自由移动。
应用 了解光材料的电导率对于其在电子设备、传感器 和电路中的应用非常重要。
热导 率
热导率
热导率是描述光材料在热量传递 方面的能力的物理量。热导率越 高，光材料在热量传递方面的能 力越强。
影响热导率的因素
光材料的热导率受其内部原子或 分子的振动和晶格结构影响。金 属材料通常具有高热导率，因为 它们的原子结构允许热量通过晶 格振动传递。
应用
了解光材料的热导率对于其在散 热器、电子封装和热管理中的应 用非常重要。
06 光材料的化学性质
稳定性
稳定性是指光材料在特定环境 条件下保持其化学和物理性质 的能力。
02
晶体具有各向异性，即 其光学性质在不同方向 上有所不同。
03
04
常见的晶体材料包括硅、 锗、金刚石、石榴石等。
晶体在光学仪器、激光 器、光电子器件等领域 有广泛应用。
非晶体
01
02
03
04
非晶体是原子或分子排列无序 的固体，没有明显的晶体结构。
非晶体具有各向同性，即其光 学性质在各个方向上相同。
影响因素
物质的反射率与物质的性质、光的波长和入射角等因素有关。不同 物质有不同的反射率，同一物质对不同波长的光也有不同的反射率。
应用
在光学仪器、光学通信和显示技术等领域，需要使用具有特定反射率 的光学材料。通过调整材料的反射率，可以实现对光的控制和调制。
透过率
透过率
是指光在介质中传播时，透射光强度与入射光强度的比值。透过率的大小反映了光在介质 中传播的难易程度。
固体的光学性质和光 材料课件
应用 了解光材料的电导率对于其在电子设备、传感器 和电路中的应用非常重要。
热导 率
热导率
热导率是描述光材料在热量传递 方面的能力的物理量。热导率越 高，光材料在热量传递方面的能 力越强。
影响热导率的因素
光材料的热导率受其内部原子或 分子的振动和晶格结构影响。金 属材料通常具有高热导率，因为 它们的原子结构允许热量通过晶 格振动传递。
应用
了解光材料的热导率对于其在散 热器、电子封装和热管理中的应 用非常重要。
06 光材料的化学性质
稳定性
稳定性是指光材料在特定环境 条件下保持其化学和物理性质 的能力。
02
晶体具有各向异性，即 其光学性质在不同方向 上有所不同。
03
04
常见的晶体材料包括硅、 锗、金刚石、石榴石等。
晶体在光学仪器、激光 器、光电子器件等领域 有广泛应用。
非晶体
01
02
03
04
非晶体是原子或分子排列无序 的固体，没有明显的晶体结构。
非晶体具有各向同性，即其光 学性质在各个方向上相同。
影响因素
物质的反射率与物质的性质、光的波长和入射角等因素有关。不同 物质有不同的反射率，同一物质对不同波长的光也有不同的反射率。
应用
在光学仪器、光学通信和显示技术等领域，需要使用具有特定反射率 的光学材料。通过调整材料的反射率，可以实现对光的控制和调制。
透过率
透过率
是指光在介质中传播时，透射光强度与入射光强度的比值。透过率的大小反映了光在介质 中传播的难易程度。
固体的光学性质和光 材料课件
固体激光材料(精选优秀)PPT
受激辐射时, 原子可发出与诱发光子全同的 如果激光器运转过程中有关的能级只有两个，用有效的激励手段把处于下能级E1的原子尽可能多地抽运到上能级E2。
② n2(z)-n1(z)随z的变化而变化, 增益系数g(z)随z的增加而减小, 称为增益饱和效应.
光子，不仅频率（能量）相同，而且发射 E2能级上粒子数n2的速率方程为
I(z) I0eg0z
d2nd1n2 d2n1 d2n1 dt dtst dtst dtsp
dn2/dt=W(n1-n2)-A21n2,
当达到稳定时，dn2/dt=0，n2/n1=W/(W+A21) ，可见，不管激励 手段如何强，（A21+W）总是大于W，所以n2＜n1。这表明，对 二能级系统的物质来说，不能实现粒子数反转。
受激吸收概率：
W12
1 n1
dn12 dt st
W12B12(）
n1 为E1能级上的原子数密度, (） 为辐射场能量密度
B12 为爱因斯坦吸收系数, 只与粒子本身的性质有关。
(2) 自发辐射
处于高能级态的原子 自发跃迁到低能级态， 并同时向外辐射出一 个光子（自发辐射只 与原子本身性质有关， 与辐射场的 (无） 关） 。
光子能量：
h21E2E1
自发跃迁概率：
A21
dn21 dt sp
1 n2
(3) 受激辐射
处于高能级态的原子 在一定条件下的辐射 场作用下，跃迁到低 能级态，并同时辐射 出一个与入射光子完 全一样的光子。
受激辐射的概率：
W21
1 n2
dn21 dt st
W21B21(2)1
B21 称为爱因斯坦受激发射系数。
很 粒少子，数因反而转比E3和三E能2间级的系
② n2(z)-n1(z)随z的变化而变化, 增益系数g(z)随z的增加而减小, 称为增益饱和效应.
光子，不仅频率（能量）相同，而且发射 E2能级上粒子数n2的速率方程为
I(z) I0eg0z
d2nd1n2 d2n1 d2n1 dt dtst dtst dtsp
dn2/dt=W(n1-n2)-A21n2,
当达到稳定时，dn2/dt=0，n2/n1=W/(W+A21) ，可见，不管激励 手段如何强，（A21+W）总是大于W，所以n2＜n1。这表明，对 二能级系统的物质来说，不能实现粒子数反转。
受激吸收概率：
W12
1 n1
dn12 dt st
W12B12(）
n1 为E1能级上的原子数密度, (） 为辐射场能量密度
B12 为爱因斯坦吸收系数, 只与粒子本身的性质有关。
(2) 自发辐射
处于高能级态的原子 自发跃迁到低能级态， 并同时向外辐射出一 个光子（自发辐射只 与原子本身性质有关， 与辐射场的 (无） 关） 。
光子能量：
h21E2E1
自发跃迁概率：
A21
dn21 dt sp
1 n2
(3) 受激辐射
处于高能级态的原子 在一定条件下的辐射 场作用下，跃迁到低 能级态，并同时辐射 出一个与入射光子完 全一样的光子。
受激辐射的概率：
W21
1 n2
dn21 dt st
W21B21(2)1
B21 称为爱因斯坦受激发射系数。
很 粒少子，数因反而转比E3和三E能2间级的系
固体发光材料的研究与应用
固体发光材料的研究与应用在日常生活中，我们经常接触到各种各样的发光材料，如电子屏幕、LED灯、荧光粉等。
这些发光材料都有一个共同的特点，就是它们产生的光都来自于物质的电子激发后的自发辐射。
而固体发光材料则是指那些能够在不加热的情况下通过吸收紫外线或可见光进行激发，从而产生可见光的发光材料。
固体发光材料具有自发光、发光时间长、发光稳定性好、耐热性等优点，因此在近年来得到了广泛研究和应用。
一、固体发光材料的基本原理固体发光材料的基本结构是由激发体和发射中心组成的。
其中，激发体是指在光的作用下能够激发电子的物质，而发射中心则是指电子在激发体的作用下进入到高能态，然后在退激发过程中辐射出可见光的物质。
通常情况下，发射中心的分子结构具有环状或者螺旋状的空间结构，这种结构可以使得电子在退激发的过程中辐射出稳定的可见光。
一些常见的固体发光材料有荧光剂、磷光材料、蓝宝石、石榴石等。
二、固体发光材料的应用固体发光材料在自然资源勘探、生物医学、化学分析、材料科学等领域具有广泛的应用。
在自然资源勘探领域，固体发光材料可以作为一种工具来研究地球化学过程，通过对材料的发光特性的研究来识别矿物质，甚至可以研究海洋中微小生物的存在情况。
在生物医学领域，固体发光材料可以被用来诊断和治疗一些疾病，如荧光显微镜可以观察细胞增殖和病毒扩散情况，利用荧光标记的抗体可以检测癌症等疾病的存在。
在化学分析领域，固体发光材料可以被用作检测分析仪器和光谱仪中的激发光源，如石榴石可以作为红光源，蓝宝石可以作为绿光源等。
在材料科学领域，固体发光材料可以被应用于光电器件、荧光传感器、信息存储等领域。
如发光二极管（LED）就是典型的固体发光器件。
三、固体发光材料的研究进展近年来，固体发光材料的研究受到了越来越多的关注。
在材料学领域，人们正在努力开发新的固体发光材料，以满足不同领域的需求。
例如，固体有机发光材料是一类新兴的固体发光材料，在生物域、电子器件、信息处理等领域中具有较高的应用价值。
光电子材料及应用课件：2-2第二章-无机固体发光材料
▪ 即：配料－研磨－混匀－刚玉坩锅－加盖－外加一填满活性炭的大 坩锅－1100～1200℃焙烧
30
▪ ZnS:Eu2+的发光长余辉时间较长，主要是由于激活剂Eu2+ 产生的作用
▪ Eu2+的5d能级在许多晶体材料中都低于其4f能级的最低激 发态，因此发光类型属于d-f跃迁带状光谱
▪ 稀土离子的5d→4f跃迁属于允许跃迁，所以发光衰减很快，通常为微秒级 ▪ 但ZnS:Eu2+中的Eu2+的5d→4f跃迁所需时间却很长，可达数十分钟
受到光激发的情况下，荧光发射包括 跃迁1和跃迁2
21
2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-余辉机理
▪ 浓度猝灭
▪ 掺杂激活离子对产生长余辉现象至关重要。但并不是激 活剂掺杂越多，余辉效果就越好。
▪ 当激活剂浓度达到一定程度时，发光效率反而会明显降 低，这种现象为“浓度猝灭”
▪ 浓度猝灭是可跃迁的电子数量减少的结果，也就是说荧 光中心离子数量减少的缘故，而不是所为的能量传递的 结果
18
2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-基本物理概念
▪ 荧光和磷光的区别：
▪ 磷光寿命比荧光寿命长 ▪ 磷光态的物质是顺磁性的
• 因为含有未成对电子，即处于三重态
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-余辉机理
▪ 发光材料的发光及长余辉机理
▪ 在掺杂激活剂的晶体中，激活剂附近产生了相应的新能 带。
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-基本物理概念
(1) 激活和激活剂
▪ 掺杂激活：任何晶体缺陷都是由于偏离完美的周 期点阵结构而造成的。将某种杂志掺入发光材料 的基质晶体中，便可产生结构缺陷，进而使原来 不发光或发光很弱的材料拥有良好的发光行为
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▪ ZnS:Eu2+的发光长余辉时间较长，主要是由于激活剂Eu2+ 产生的作用
▪ Eu2+的5d能级在许多晶体材料中都低于其4f能级的最低激 发态，因此发光类型属于d-f跃迁带状光谱
▪ 稀土离子的5d→4f跃迁属于允许跃迁，所以发光衰减很快，通常为微秒级 ▪ 但ZnS:Eu2+中的Eu2+的5d→4f跃迁所需时间却很长，可达数十分钟
受到光激发的情况下，荧光发射包括 跃迁1和跃迁2
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-余辉机理
▪ 浓度猝灭
▪ 掺杂激活离子对产生长余辉现象至关重要。但并不是激 活剂掺杂越多，余辉效果就越好。
▪ 当激活剂浓度达到一定程度时，发光效率反而会明显降 低，这种现象为“浓度猝灭”
▪ 浓度猝灭是可跃迁的电子数量减少的结果，也就是说荧 光中心离子数量减少的缘故，而不是所为的能量传递的 结果
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-基本物理概念
▪ 荧光和磷光的区别：
▪ 磷光寿命比荧光寿命长 ▪ 磷光态的物质是顺磁性的
• 因为含有未成对电子，即处于三重态
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-余辉机理
▪ 发光材料的发光及长余辉机理
▪ 在掺杂激活剂的晶体中，激活剂附近产生了相应的新能 带。
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2.3.2长余辉发光材料的发光机理
-基本物理概念
(1) 激活和激活剂
▪ 掺杂激活：任何晶体缺陷都是由于偏离完美的周 期点阵结构而造成的。将某种杂志掺入发光材料 的基质晶体中，便可产生结构缺陷，进而使原来 不发光或发光很弱的材料拥有良好的发光行为
发光材料 ppt课件
常它的自旋不变，则激发态是单重态．如果激发 过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态． 三重态的能量常常较单重态低．当有机分子在光 能(光子)激发下被激发到激发单重态(S)，经振动 能级驰豫到最低激发单重态(S1)，最后由S1回到 基态S0，此时产生荧光，或者经由最低激发三重 态(T1)，(S1-T1)，最后产生T1-S0的电子跃迁， 此时辐射出磷光
光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余 能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多 余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激 发而发光的过程叫做光致发光。
光致发光高分子材料的定义
光致发光高分子材料是将荧光物质(芳香稠环、电 荷转移络合物或金属)引入高分子骨架的功能高分 子材料。
当分子中的一个电子吸收光能量被激发时，通
但是小分子发光材料在固态下易发生荧光猝 灭现象，一般掺杂方法制成的器件又容易聚集结 晶，器件寿命下降。因此众多的科研工作者一方 面致力于小分子的研究，另一方面寻找性能更好 的发光材料，高分子发光材料就应运而生了。
光致发光高分子材料
光致发光（Photoluminescence，简称 PL） 是冷发光的一种，指物质吸收光子（或电磁波） 后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子 力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子 跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放 出光子的过程。
电致发光高分子材料发光原理
电致发光是通过正负电极向发光层的最高占有轨道 (HOMO)和最低空轨道(LUMO)分别注入空穴和电子,这些在 电极附近生成的空间电荷相对迁移,在发光层内,电子和空 穴相遇复合,形成激子,激子经过辐射衰变而发射可见光, 或者激发活性层中其他发射体分子而发光。
二、发光材料的分类
发光材料
（1） （2）
光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余 能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多 余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激 发而发光的过程叫做光致发光。
光致发光高分子材料的定义
光致发光高分子材料是将荧光物质(芳香稠环、电 荷转移络合物或金属)引入高分子骨架的功能高分 子材料。
当分子中的一个电子吸收光能量被激发时，通
但是小分子发光材料在固态下易发生荧光猝 灭现象，一般掺杂方法制成的器件又容易聚集结 晶，器件寿命下降。因此众多的科研工作者一方 面致力于小分子的研究，另一方面寻找性能更好 的发光材料，高分子发光材料就应运而生了。
光致发光高分子材料
光致发光（Photoluminescence，简称 PL） 是冷发光的一种，指物质吸收光子（或电磁波） 后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子 力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子 跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放 出光子的过程。
电致发光高分子材料发光原理
电致发光是通过正负电极向发光层的最高占有轨道 (HOMO)和最低空轨道(LUMO)分别注入空穴和电子,这些在 电极附近生成的空间电荷相对迁移,在发光层内,电子和空 穴相遇复合,形成激子,激子经过辐射衰变而发射可见光, 或者激发活性层中其他发射体分子而发光。
二、发光材料的分类
发光材料
（1） （2）
326日固体发光课件 共131页
发光树：
发光树不仅在非洲有，在乌克兰西部甚至有一 个能在夜间发出奇光的“发光森林”。长约1.8万米， 宽约5000米。白天看起来与一般森林没有什么两样， 可是一到夜间，整个树林像用荧光粉涂过一样放着 耀眼的光。
据称，这片森林不仅会发光，如果人靠近的话， 还会有一种热乎乎的感觉。更加奇怪的是，这片林 子里没有任何飞禽走兽，甚至连昆虫都没有。
元素化合物（如硫酸盐等）是本身可以发光的。
Sm Eu Gd Tb Dy
④
Pr Nd Pm
Ho Er Tm Yb ③
La Ce
Lu ②
① 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
①4F电子的数目 ②发光不是线谱的元素 ③只在作为掺杂时才发光的元素 ④固态、液态或作为掺杂时都可发光的元素
放射线发光 RL(Radioluminescence) ： 是各种射线如α、β、γ等核辐射激发的发光。 应用：辐射剂量计。
X射线发光 RL(Radioluminescence) ： 应用：医用X光透视屏和摄像增感屏。
上述射线都是高能量的，主要是通过产生的次级 电子激发发光。
化学发光 (Chemiluminescence) 应用：紧急照明等。如市场上产品，一种含两种隔离开化
实例2：夹在两平行板电极间薄层材料产生的发光。 可用于计算机液晶显示屏的背照明。 (材料可以是蒸发的薄膜，
也可以是和绝缘材料混合涂敷的发光粉末；所加电压可以是交流或直流。)
过去，高亮度电致发光主要是由无机材料产生的。八十年代后期，在有机 材料中也获得了明亮的p-n结发光，其相应研究蓬勃开展起来。
•由组成化合物基质的元素发光：低温下阴极射线激发
纯ZnO、CaO、SrO等，发光与中性原子Zn、Ca、Sr的电子 跃迁频率间有明显关系，是后者和晶格结合的结果。
固体材料光谱学优秀课件
BLT薄膜折射率和消光系数
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椭圆偏振光谱的优点
1.测试过程对于被测试样品损伤和破坏极小。 2.测量精度高. 椭偏光谱的工作原理虽然建立在经典
电磁波理论上,但实际上它有原子层级的灵敏度. 对 薄膜的测量准确度可以达到1nm,相当于单原子层 的厚度. 3.能同时分别测量出几个物理量. 椭偏光谱可直接得 到光学常数的实部和虚部,不需要K - K关系. 4.测量的速度很快. 5.对被测样品以及被测样品所处的环境条件无特殊要 求。
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洛伦兹振子模型
光与物质的相互作用，也就是固体对 光的响应可以看成阻尼振子体系在入射光 作用下的受迫振荡。
一个谐振子的运动方程可以表示为：
M * x M *x M *02xq0e E i t
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M N*q20
2i/ 122
复介电常数 rii能够用上面的公式表达，
折射率和消光系数用下面的公式表示：
n 1 2
2 r
i2
r
k 1 2
2 r
i2
r
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实验数据处理
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Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜 ψ和Δ的光谱
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BLT薄膜拟合的参数值
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BLT薄膜介电常数
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[3] Z. G. Hu, Structure and Optical Properties of Ferroelectric PbZr0.40Ti0.60O3 Films Grown on LaNiO3-Coated Platinized Silicon Determined by Infrared Spectroscopic Ellipsometry, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 9737–9743
《固体材料光谱学》课件
课程目标
掌握固体材料光谱学的基本原 理和方法，了解不同光谱技术 的基本原理和应用范围。
了解固体材料光谱学在材料科 学、能源、环境等领域的应用 ，培养解决实际问题的能力。
培养学生对固体材料光谱学的 兴趣和热情，提高其科学素养 和创新能力。
02
光谱学基础
Hale Waihona Puke 光的波动性0102
03
光的干涉
当两束或多束相干光波在 空间某一点叠加时，光强 与各束光波的振幅和相位 有关。
光吸收光谱原理
光吸收光谱是研究物质与光相互作用 的重要手段，通过测量物质对不同波 长光的吸收程度，可以分析物质的结 构和组成。
光吸收光谱的应用
在材料科学、化学、生物学等领域， 光吸收光谱被广泛应用于研究材料的 物理和化学性质，如金属氧化物、高 分子材料、生物组织等。
固体材料的荧光光谱
荧光光谱原理
荧光光谱是研究物质在受到光激 发后发射出的荧光光谱的学科， 通过测量荧光光谱的波长和强度 ，可以分析物质的结构和性质。
光子具有动量，与波长成反比。
光的量子性
光的量子化
光能被视为量子化的能量 包，即光子。
光的量子态
光子具有不同的量子态， 对应不同的能量和动量。
光的量子相互作用
光子与其他粒子相互作用 时，遵循量子力学的规律 和原则。
03
固体材料光谱学原理
固体材料的能带理论
能带理论的基本概念：能带理论是固 体材料光谱学的基础，它描述了固体 中电子的能量状态和运动行为。在能 带理论中，固体材料被认为是由多个 原子组成，这些原子相互作用形成能 带结构，决定了材料的物理和化学性 质。
固体材料的振动光谱
振动光谱的基本概念
振动光谱的分类
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四、研究现状及前景
发光材料种类繁多，应用广泛，特别是在显 示领域具有自己的独特建树，随着科技的不 断进步，各种发光材料凭借其特有的优缺点 在不同方面发挥着独特的作用。因此，我们 所关注的就是在不断研发新种类的同时分析 每种发光材料的优缺点，可以适当的与其他 学科进行交叉，从而进一步提高材料的应用 效率，扩大材料的应用范围。
➢ 实例2：夹在两平行板电极间薄层材料产生的发光。 可用于计算机液晶显示屏的背照明。
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12
三、发光材料分类
纯发光材料+掺杂发光材料 （1）纯发光材料
是指基质本身就可发光的材料
稀土元素化合物 由组成化合物基质的元素发光 由组成化合物的原子团发光
-
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➢（2） 掺杂发光材料
杂质含量极少，占10-3。 杂质可以改变发光材料的性能，包括效率、余辉、 光谱等。在电致发光中，杂质可用来改变导电类型 及电阻率等参量。
应用2：物理上，用紫外-红外各波长激发，可研 究物质结构和它接受光能后内部发生的各种变化 过程
-
11
（2）电致发光 EL(Electroluminescence) ：
用电场或电流产生的发光，最初译成场致发光。
➢ 实例1：发光二极管(LED light emitting diode) LED是半导体的电致发光，利用电流通过p-n结发光。 LED已是家用电器上不可缺的元件，家喻户晓。 LED也用于大屏幕显示。
科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特
别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷
化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身
磷光闪烁。
-
5
生物界说到发光，首先想到萤火虫，除此之外大自然中还 有许多能够发光的生物，如一些生活在海里的鱼、虾、水 母、珊瑚、贝类和蠕虫等。
百慕大三角洲发现的荧光虾
固体发光材料及其应用
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1提纲1发光象1激发方式1
发光材料
1
研究现状及前景
-
2
一、 发光现象
发光：即Luminescence一词，作为一 个技术名词，是专指一种特殊的光发射 现象。
自然界很多物体（包括固体、液体和气 体，有机物和无机物），都具有发光的 性能。
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3
➢影 片 《 阿 凡 达 》 ： 男主角杰克 潘多拉星球
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15
THE END 谢 谢~
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➢如发光水母一样的“希望树”种子；
郁郁葱葱、奇妙的发光森林；
可当房子居住的参天巨树；
色彩斑斓神气活现的茂密雨林……
-
4
➢ 发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。 但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由 于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。
光的照射 气体放电或固体受电的作用
阴极射线发光 放射线发光 X射线发光
摩擦发光 化学发光 生物发光
-
电子束的轰击 核辐射的照射 X射线的照射
机械压力 化学反应 生物过程
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➢1.应用举例 （1）光致发光 PL (Photoluminescence) ：
用光激发产生的发光。
应用1：固体激光器和日光灯，即作为光源。 新型长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy，过去是ZnS:Cu型 或碱土金属硫化物类。
光。
-
7
➢ 夜明珠：
古代“夜明珠”，是指 能够在夜晚（或暗室中） 自行发光的天然物体。 而且这种光是人用肉眼 能够直接看到的光。
萤石
-
8
➢发光概念/内涵
概括地说，发光就是物质内部以某种方式 吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形 式发射出多余的能量的过程。
-
9
二、激发方式
名
称
激发方式
光致发光 电致发光
萤火虫
栉水母 日本富山- 湾海下栖息着大量荧光乌贼，有时，上百万6的荧 光乌贼聚集在一起，可以把整个海湾照亮。
➢发光蚯蚓 美国南部生活着一种长 达45厘米的发光蚯蚓。 这种蚯蚓一旦被伤害， 就会分泌出闪烁着蓝光 的黏液。
➢铁路蠕虫
身上长有两种不同的发
光器官。
仿佛圣诞树一般，头部
发出红光，身子闪烁绿