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谢邀。稀土发光原理。
首先,(敲黑板),看下定义。稀土发光,也就是长余辉发光现象,是一种光致发光现象。当激发光源撤掉之后物质仍然能持续发光数小时甚至数天的现象。也就是夜明珠白天收到太阳光的激发,晚上再撤掉太阳光之后仍然能发光很长时间的现象。
一般来说,长余辉发光都是磷光,这类发光材料中一般都含有稀土离子。
然后,咳咳(敲黑板)。几个基本的概念来先学习一个~
Jablonski图。
一个处于基态的分子(S0态),在吸收能量后会变得很excited,跃迁到了激发态。激发态的分子要退激回基态,那么就得考虑一个问题:这分子可能没法退激。为什么呢?
首先,一个分子中的电子排布是满足能量最低,Pauli不相容和Hund规则的。一般来说,分子的电子排布有正旋和反旋两种。由于电子排布规则,绝大部分分子在基态的时候电子排布都是成对成对的(单重态,S态)。但是有的分子基态下的电子排布并不是成对的,如氧气分子,π2p反键轨道上两个电子是自旋相同的,因此基态氧气分子是三重态,T态。
那么。。。。如果一个处于激发态的分子为S1,S2,S3,...态,它的退激回到S0态就会发出荧光,荧光的寿命一般很短,10的-9到10的-6秒;如果一个处于激发态的分子为T1,T2,T3,....态,它的退激回到S0态就会发出磷光,磷光的寿命相对较长,10的-4到10的-2秒。这里你发现了,发出磷光的过程涉及到了一个自旋禁阻的过程,因此绝大多数有机分子的磷光是很弱的。低温,重原子等效应可以一定程度上增强磷光的发生。
由于磷光时间长,所以在一些仪器的监控下可以比较轻松的观察到撤去激发光源后发光不会立刻消失的现象。
一般对于稀土离子来说,也会有荧光的发生,激发态寿命只有10的-8秒。显然这不是夜明珠发出的光。那么这个发光现象就是磷光了。
然而值得注意的是,稀土离子并没有单重态三重态的区别,我们只不过把撤掉光源后仍然发光一段时间的现象称为磷光罢了。
那稀土材料怎么发光捏?
首先,夜明珠并不是一大块稀土.....稀土材料由基质和激活剂组成。比如SrAl2O4中掺杂一些Eu2+离子,那这些激活剂就是稀土材料发光的关键了。
如图所示,掺杂激活剂之后导致了晶格畸变,从而产生了一个局部的陷阱能级。光致激发的电子正式在基质的导带,激活剂的激发态和陷阱能级之间进行陷获和释放的过程。
按照数字:
1.吸光,电子跃迁的过程
2.瞬时荧光
3.光吸收导致电子跃迁到了基质导带
4.来自3过程中的电子通过基质导带传递过来,被俘获在了陷阱能级中
5.陷阱里的电子得到必须的能量(热运动)从陷阱中释放,回到基质导带
6.来自5过程传递过来的电子与激活剂的离子复合形成激发态,得到了长余辉
电子在这么纠结的一个材料里走啊走啊掉陷阱里面了,停留了一会儿好不容易才从陷阱里出来。这个时间长到足够人肉眼能观察到,所以就产生了稀土发光,也就是夜明珠的效果。
明白了吧?
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