.

Люминесценция и электролюминесценция

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 775
Скачать документ

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:

Введение__________________________________3

Классификация явлений люминесценции_______4

Виды люминесценции________________________5

Физические характеристики люминесценции___7

Кинетика люминесценции____________________7

Люминесцирующие вещества__________________9

Методы исследования_______________________11

Люминофоры________________________________11

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,электролюминесценциюфотолюмине
сценцию,хемилюминесценцию,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 люминесценции
становится более сложным. Кинетика вынужденной люминесценции в случае с
одним метастабильным уровнем определяется суммой двух экспонент:

I(t)=C1exp(-l/?1)+C2exp(-l/?2), причем временные постоянные ?1 и ?2
зависят от вероятностной излучательной и безызлучательных переходов, а
предэксцотенциальные множители С1 и С2 кроме того, — от начального
распределения возбуждённых молекул по уровням. Вероятность вынужденного
безызлучательного перехода с метастабильного уровня p=p0exp(?/kT),

где ? — энергия активации, необходимая для перехода. Вследствие этого
время затухания вынужденной люминесценции резко зависит от температуры.

Рекомбинационная люминесценция кристаллофосфоров характерна очень
сложной кинетикой, вследствие того, что в большинстве случаев в
кристаллофосфорах имеются электронные и дырочные ловушки многих сортов,
отличающихся глубиной энергетических уровней. В случае, когда
рекомбинационная люминесценция может быть приближённо представлена
законом бимолекулярной реакции, закон затухания выражается гиперболой
второй степени I(t)=I0(1+pt)-2 где р—постоянная. Такой закон затухания
наблюдается только в редких случаях. Чаще на значительном интервале
затухание может быть представлено формулой Беккереля I(t)=I0(1+pt)-? где
? Список использованной литературы: Антонов-Романовский В.В. «Оптика и спектроскопия» 1957г. Степанов Б.И. «Классификация вторичного свечения» 1959г. Принсгейм П. «Флюоресценция и фосфоренценция» 1951г. Левшин В. Л. «Фотолюминесценция жидких и твердых веществ» 1951г. Москвин А. В. «Катодолюминесценция» 1949г.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020