Люминесценция и электролюминесценция
Министерство высшего образования Украины
Национальный технический университет Украины
«Киевский политехнический институт»
Реферат на тему:
Люминесценция
и
электролюминесценция
Выполнил: студент ІI-го курса
ПСФ ПМ-91 Милокостый А. А.
Проверил: Никитин А. К.
Київ,2000
План:
1. Введение__________________________________3
2. Классификация явлений люминесценции_______4
3. Виды люминесценции________________________5
4. Физические характеристики люминесценции___7
5. Кинетика люминесценции____________________7
6. Люминесцирующие вещества__________________9
7. Методы исследования_______________________11
8. Люминофоры________________________________11
9. Список использованной литературы__________14
Введение
Люминесценция — излучение, представляющее собой избыток над тепловым
излучением тела при данной температуре и имеющее длительность, значительно
превышающую период световых волн. Первая часть этого определения предложена
Э. Видоманом и отделяет люминесценцию от равновесного теплового излучения.
Вторая часть — признак длительности — введена С. И. Вавиловым для того,
чтобы отделить люминесценцию от других явлений вторичного свечения —
отражения и рассеяния светла, а также от вынужденного испускания,
тормозного излучения заряженных частиц.
Для возникновения люминесценции требуется, следовательно, какой-либо
источник энергии, отличный от равновесной внутренней энергии данного тела,
соответствующий его температуре. Для поддержания стационарной люминесценции
этот источник должен быть внешним. Нестационарная люминесценция может
происходить во время перехода тела в равновесное состояние после
предварительного возбуждения (затухание люминесценции). Как следует из
самого определения, понятие люминесценции относится не к отдельным
излучающим атомам или молекулам, а и к их совокупностям – телам.
Элементарные акты возбуждения молекул и испускания света могут быть
одинаковыми в случае теплового излучения и люминесценции. Различие состоит
лишь в относительном числе тех или иных энергетических переходов. Из
определения люминесценции следует, также, что это понятие применимо только
к телам имеющим определенную температуру. В случае сильного отклонения от
теплового равновесия говорить о температурном равновесии или люминесценции
не имеет смысла.
Признак длительности имеет большое практическое значение и дает
возможность отличить люминесценцию от других неравновесных процессов. В
частности он сыграл важную роль в истории открытия явления Вавилова-
Черенкова, позволив установить, что наблюдавшееся свечения нельзя отнести к
люминесценции. Вопрос о теоретическом обосновании критерия Вавилова
рассматривался Б.И. Степановым и Б. А. Афанасевичем. Согласно им, для
классификации вторичного свечения большое значение имеет существование или
отсутствие промежуточных процессов между поглощением энергии, возбуждающей
люминесценцию, и излучением вторичного свечения (например, переходов между
электронными уровнями, изменений колебательной энергии и т.п.). Такие
промежуточные процессы характерны для люминесценции ( в частности они имеют
место при неоптическом возбуждении люминесценции).
Классификация явлений люминесценции
По типу возбуждения различают: ионолюминесценцию, кандолюминесценцию,
катодолюминесценцию, радио-
люминесценцию,рентгенолюминесценцию,электролюминесценциюфотолюминесценцию,хе
милюминесценцию,триболюминесценцию. По длительности люминесценции,
различают флуоресценцию, (короткое свечение) и фосфоресценцию (длительное
свечение). Теперь эти понятия сохранили только условное и качественное
значение, т. к. нельзя указать какие-либо границы между ними. Иногда под
флуоресценцией понимают спонтанную люминесценцию, а под фосфоресценцией
–вынужденную люминесценцию (см. ниже).
Наиболее рациональная классификация явлений люминесценции, основанная на
характеристиках механизма элементарных процессов, была впервые предложена
Вавиловым, различавшим спонтанные, вынужденные и рекомбинационные процессы
люминесценции. В дальнейшем была выделена также резистивная люминесценция.
Виды люминесценции
1) Резонансная люминесценция (чаще называется резонансной
флуоресценцией) наблюдается в атомных парах (ртути, натрия и др.) у
некоторых простых молекул и, иногда, в более сложных системах. Излучение
имеет спонтанный характер и происходит с того же энергетического уровня,
которые достигаются при поглощении энергии возбуждающего света. При
повышении плотности паров резонансная люминесценция переходит в резонансное
рассеяние.
Этот вид свечения по всех случаях не должен относиться к люминесценции
и должен называться резонансным рассеянием.
2) Спонтанная люминесценция включает переход (излучательный или, чаще,
безызлучательный) на энергетический уровень, с которого происходит
излучение. Этот вид люминесценции характерен для сложных молекул в парах и
растворах, и для примесных центров в твердых телах. Особый случай
представляет люминесценция, обусловленная переходами из экситонных
состояний.
3) Метастабильная или вынужденная люминесценция характеризуется
происходящим после поглощения энергии переходом на метастабильный уровень и
последующим переходом на уровень излучения в результате сообщения
колебательной энергии (за счет внутренней энергии тела) или дополнительного
кванта света, например инфракрасного. Пример этого вида люминесценции —
фосфоресценция органических веществ, при которой метастабилен нижний
триплетный уровень органических молекул. При этом, во многих случаях
наблюдается две полосы длительности люминесценции: длинноволновая,
соответствующая спонтанному переходу T-S0 и затем (медленная флюоресценция
или ?-полоса), и коротковолновая, совпадающая по спектру с флюоресценцией и
соответствующая вынужденному переходу T-S1 и затем спонтанному переходу s1-
s0 (фосфоресценция или ?-полоса).
4) Рекомбинационная люминесценция происходит в результате воссоединения
частиц, разделившихся при поглощении возбуждающей энергии. В газах может
происходить рекомбинация радикалов или ионов, в результате которой
возникает молекула в возбужденном состоянии. Последующий переход в основное
состояние может сопровождаться люминесценцией. В твердых кристаллических
телах рекомбинационная люминесценция возникает в результате появления
неравновесных носителей заряда (электронов или дырок) под действием какого-
либо источника энергии. Различают рекомбинационную люминесценцию при
переходах «зона – зона» и люминесценцию дефектных или примесных центров (т.
н. центров люминесценции). Во всех случаях процесс люминесценции может
включать захват носителей на ловушках с их последующим освобождением
тепловым или оптическим путем, т. е. включать элементарный процесс,
характерный для метастабильной люминесценции. В случае люминесценции
центров, рекомбинация состоит в захвате дырок на основной уровень центра и
электронов на возбуждённый уровень. Излучение происходит в результате
перехода центра из возбуждённого состояния в основное. Рекомбинационная
люминесценция наблюдается в кристаллофосфорах и типичных полупроводниках,
например германии и кремнии. Независимо от механизма элементарного
процесса, ведущего к люминесценции, излучение, в конечном случае,
происходит при спонтанном переходе из одного энергетического состояния в
другое. Если этот переход разрешённый, то имеет место дипольное излучение.
В случае запрещенных переходов излучение может соответствовать как
электрическому, так и магнитному диполю, электрическому квадруполю, и т.д.
Физические характеристики люминесценции
Как и всякое излучение, люминесценция характеризуется спектром
(спектральной плотностью лучистого потока) и состоянием поляризации.
Изучение спектров люминесценции и факторов, на них влияющих, составляет
часть спектроскопии.
Наряду с этими общими характеристиками, имеются специфичные для
люминесценции. Интенсивность люминесценции сама по себе редко представляет
интерес. Вместо неё вводится величина отношения излучаемой энергии к
поглощаемой, называемая выходом люминесценции. В большинстве случаев выход
определяется в стационарных условиях как отношение излучаемой и поглощаемой
мощности. В случае фотолюминесценции вводится понятие квантового выхода и
рассматривается спектр выхода, т.е. зависимость выхода от частоты
возбуждающего света и спектр поляризации – зависимость степени поляризации
от частоты возбуждающего света. Кроме того, поляризация люминесценции
характеризуется поляризационными диаграммами, вид которых связан с
ориентацией и мультипольностью элементарных излучающих и поглощающих
систем.
Кинетика люминесценции, в частности вид кривой нарастания после
включения возбуждения и кривой затухания люминесценции после его
выключения, и зависимость кинетики от различных факторов: температуры,
интенсивности возбуждающего источника и т. п., служат важными
характеристиками люминесценции. Кинетика люминесценции в сильной степени
зависит от типа элементарного процесса, хотя и не определяется им
однозначно. Затухание спонтанной люминесценции с квантовым выходом, близким
к единице, всегда происходит по экспоненциальному закону: I(t)=I0exp(-l/?),
где ? характеризует среднее время жизни возбужденного состояния, т. е.
равно обратной величине вероятности А спонтанного перехода в единицу
времени. Однако, если квантовый выход люминесценции меньше единицы, т. е.
люминесценция частично потушена, то экспоненциальный закон затухания
сохраняется только в простейшем случае, когда вероятность тушения Q
постоянна. В этом случае ?=1/(A+Q), а квантовый выход ?=A/(A+Q), где Q—
вероятность безызлучательного перехода. Однако часто Q зависит от времени,
протекшего от момента возбуждения данной молекулы, и тогда закон затухания
Страницы: 1, 2
