1、荧光粉名词术语本标准规定了荧光粉材料生产、性能测试和科研、教学中的常用名词术语的定义。1 基本概念l.1 发光 luminescence发光是物体热辐射之外的一种辐射，又称为“冷光” 。这种辐射的持续时间要超过光的振动周期。l.2 荧光 fluorescence激发停止后，持续时间小于 10 8 s 的发光称为荧光。蒸汽、气体或液体在室温下的发光，是典型的荧光。但有时不以发光的持续时间作为荧光的定义，而是把分子的自发发射称为荧光。1.3 磷光 phosphorescence激发停止后，持续时间大于 10 8 s 的发光称为磷光。重金属激活的碱土金属发光物质的发光是典型的磷光。而有时则把晶体的复
2、合发光称为磷光。但现在对荧光和磷光已不作严格区别。1.4 光致发光 photoluminescence用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光称为光致发光，常见的如日光灯的发光就是光致发光。1.5 电致发光 electro luminescence在电场或电流作用下引起固体的发光现象统称为电致发光。目前常见的电致发光材料有三种形态：结型、薄膜和粉末，其中粉末电致发光又有直流和交流之分。1.6交流电致发光 ACElectro luminescence由交流电场引起的发光现象称为交流电致发光。它靠交变电场激发，即使通过的传导电流很小，仍可得到发光。1.7 直流电致发光 DCelectrolu
3、minescence由直流电场和电流作用引起的发光现象称为直流电致发光。它和交流电致发光不同，要求有电流流过发光体颗粒，否则不论电场有多强也不能得到发光。1.8 阴极射线致发光 cathodoluminescence固体受高速电子束轰击所引起的发光称为阴极射线致发光，各种示波管、显象管，雷达指示管是典型的阴极射线致发光器件。1.9 X射线致发光 Xray luminescence由 X射线激发发光物质产生的现象称为 X射线致发光，如 X光荧光屏。 1.10 放射线致发光 redio luminescence由放射性物质的射线激发发光物质产生的发光称为放射线致发光。如夜光表上的发光就是由钷)(P
4、m-4) 射线激发硫化锌 ：铜产生的发光。 1.11 闪烁 scintillation电离粒子(、 或 射线)激发荧光体所引起的瞬时（约 10-6s 以下）闪光称为闪烁。1.12 热释发光 thermoluminescence发光体的温度升高后贮存的能量以光的形式释放出来的现象叫热释发光或加热发光。其发光强度与温度的关系叫热释发光曲线。热释发光反映了固体中电子陷阱的深度和分布，可以测量物体所受辐射计量，做成计量计，可以鉴别文物的真伪和化石的年代。1.13 原子的状态和能级 state and energy level of atom由原子核和围绕核运动的电子组成的原子(或离子) 。它们的总能量
5、在一定范围内只能取一系列不连续的确定的分立值，这些分立的能量值称为原子的能级，并对应于不同的能量状态。1.14 能级图 energy level diagram按微观粒子系统容许具有的能量大小，由低到高按次序用一些线段表示出来，这就叫做系统的能级图。能级的数目是无限的，通常只画出和所研究问题有关的能级。1.15 能级的简并 degeneracy of energy level在某些情况下，对应于某一能量 E，微观系统可以有 n 个不同的状态，这种情况称为能级的简并。同一能级的不同状态数 g，称为该能级的简并度。1.16 能级的分裂 split of energy level微观系统在电场、磁场
6、等的作用下，原来简并的能级分裂成几个能级的现象称为能级的分裂。1.17 基态 ground state原子或分子以及由它们组成的系统都有许多特定的，各不相同的能量状态，其中最低的能量状态称为基态。1.18 激发态 excitation state微观系统的能量高于基态的一切状态统称为激发态。系统由较低能态过渡到较高能态叫做激发。在激发过程中，系统需要从外界吸收能量，如施加电场，光照或加热等。处于激发态的微观粒子均存在跃迁回基态的可能性。1.19 跃迁 transition系统由一个能量状态过渡到另一个能量状态叫跃迁。1.20 跃迁几率 transition probability设某一能级上原
7、有的粒子数为 N，平均每单位时间内跃迁到另一能级粒子数 N ，则NN 称为粒子由该能级到另一能级的跃迁几率。1.21 允许跃迁 allow transition粒子在它的两个定态之间发生跃迁需要满足一定的条件。这些条件通常用两个定态之间的两组量子数之差值夹表示，称为选择定则。满足选择定则的跃迁过程称为允许跃迁，不满足选择定则的跃迁过程称为禁戒跃迁。允许跃迁和禁戒跃迁只有相对的意义，即只有跃迁几率的大小之别。1.22 禁戒跃迁 forbidden transition 见 1.2l。1.23 辐射跃迁 radiation transition粒子系统从较高的能量状态跃迁到较低的能量状态时，如果以
8、光的形式把能量发射出去就称为辐射跃迁。1.24 无辐射跃迁 radiationless transition粒子系统从较高的能量状态跃迁到较低的能量状态时，如果能量不是以光的形式释放就叫做无辐射跃迁。1.25 弛豫时间 relaxation time物质系统由非平衡状态自发地趋于平衡状态的过程称为弛豫。在发光中弛豫是指一个系统从较高的能量状态向较低能量状态的转变，如激发电子与晶格相互作用而回到基态，激发电子向低能态的跃迁等。弛豫时间系指电子在较高能态的平均寿命。1.26 能级寿命 life time of energy level指电子停留在某个能态上的平均时间，用 r=1/A 表示，A 为自
9、发发射的跃迁几率。1.27 能带 energy band能带是描述晶体中电子能量状态的一个物理概念。晶体是由大量原子规则排列组成的，在晶体中原子的外层电子运动已不再局限在该原子附近，而是可以在整个晶体中运动。这种情况称为电子运动的共有化。其结果是：N 个孤立原子有 N 个相同的能级，在晶体中变成 N 个能量略有差别的不同等级。因 N 的数量级极大.所以这些密集程度很高的能级，基本上可以看成是连续的，称为能带。电子可以具有能带内的任何能量值。金属的价带之上的最低能带有大量电子，导带。被电子所填满:满带 最高的满带称为价带1.28 价带 valence band晶体的能带图中，最下面的几个能带，基
10、本上都是被电子所填满，故称为满带，最高的满带称为价带。1.29 导带 conduction band金属的价带之上的最低能带有大量电子，但没有占满所有的能带，这些电子在电场作用下，可以在晶体中运动，引起电流，因此这总能带称为导带。半导体价带之上的最低能带，有少量电子。绝缘晶体的价带之上的能带基本上是空的，这些能带也称为导带。l.30 禁带 forbidden band晶体中，能带和能带之间有一定的间隔，这个间隔中的能量一般是电子不能具有的，所以称此间隔为禁带。禁带往往表示价带和最低导带之间的能量间隔。1.31 禁带宽度(能隙)band gap (energy gap)禁带宽度是由价带顶到导带底
11、之间的能量差来表示，它反映了使电子从价带激发到导带所需要的能量。1.32 杂质能级 impurity energy level固体中由杂质原子所形成的能级叫杂质能级。因为杂质原子和周围晶格中的原子不同，杂质能级中的电子或空穴只能局限在杂质原子附近，不能转移到其他原子上去，杂质能级一般处在禁带中。1.33 激发 excitation处于较低能态或束缚态中的粒子吸收能量后跃迁到较高能量状态的过程叫激发。1.34 离化 ionization将原子或分子轨道上的电子分离，使原子或分子形成带电的粒子的过程叫离化。加热、光辐照、施加电磁场、带电离子轰击等都可以使原子或分子离化。发光中心的离化一般理解为处于
12、束缚态的电子(空穴) 被激发到导带( 价带)脱离发光中心的束缚成为自由载流子。1.35 发光中心 luminescent center在适当的激发条件下，固体中发射光的原于(离子) 或原子团叫发光中心。按发光中心的性质可以分为分立中心和复合中心。1.36 分立发光中心 discrete luminescent center如果发光过程从吸收开始到发射光子为止，可以完全局限在一个中心内部进行，这些中心彼此间是独立的，各自起作用，互不干扰(不排除它们相互间的共振能量传递) ，这种发光中心称分立发光中心。分立中心在晶格中比较独立，一般是受基质晶场微扰的激活剂离子本身。分立中心发光是非光电导型发光，一
13、般发生在离子性较强的晶体中。1.37 复合发光中心 recombination 1uminescent center发光中心在激发时被离化，当电子和被离化了的中心重新复合时发生的发光称为复合发光，该中心即为复合发光中心。复合发光中心包括激活剂及其周围的晶格，激发和发射过程都有基质晶格参与，发光光谱受晶格的能带结构影响很大。复合发伴随着光电导的产生，一般为共价性强的半导体的发光。1.38 色心 colour center使透明晶体产生非该晶体所特有的，新的吸收带的晶体的某些结构缺陷叫色心。如碱卤晶体中的 F 心就是一个负离子空位束缚一个电子。产生色心的原因很多，如化学成分偏离，杂质的存在以及紫外
14、或 X射线的辐照等。 1.39 陷阱 trap晶体中有些杂质原子或缺陷能够俘获电子或空穴，它们与复合中心不同，不能先后俘获两种不同的载流子，因而不起复合中心的作用。它俘获的电子或空穴可因热激励而释放出来，再经过其他复合中心与空穴或电子复合，这种杂质或缺陷所形成的能级称为陷阱。1.40 缺陷 defect晶体中对完整周期性点阵或结构的任何偏离都是缺陷，按缺陷的几何结构可分为：a. 点缺陷：品格空位、杂质原子、填隙原子等；b 线缺陷：位错等；c. 面缺陷：晶粒间界、孪晶间界、层错、表面等；d. 体缺陷：空洞、第二相夹杂物等。1.41 激活 activation在发光材料的基质中加入某种杂质或使基质
15、材料出现偏离化学剂量比的部分(即生成结构缺陷)，使原来不发光或发光很弱的材料产生发光，这种作用称为激活。加入的杂质称为激活剂。 1.42 共激活 co activation与激活剂共同加入基质中可与激活剂协同起到增强激活作用的杂质叫共激活剂，达种激活作为共激活。例如：硫化锌：银、氯中的氯，就是共激活剂。1.43 自激活 selfactivation在不加激活剂的情况下，因基质晶体中的结构缺陷(空位或填隙) 而形成的发光中心称为自激活发光中心，这种激活作用称为自激活。1.44 电荷补偿 charge compensation激活剂掺入基质时，如果发生不等价置换就会在晶体中形成带电中心，因而必须在
16、晶体中再形成一个带相反电荷的中心，以保持晶体的电中性，这种作用就是电荷补偿。具有电荷补偿作用的杂质称为补偿剂，如制备硫化锌：铜时加入的铝离子就是补偿剂。1.45 斯托克斯定律 Stokess law发光物质的发光波长一般总是大于激发光波长，这称为斯托克斯定律。激发能量与发射能量之差称为斯托克斯位移。1.46 反斯托克斯发光 anti-Stokes luminescence物质的发光波长小于激发波长的反常现象称为反斯托克斯发光(如上转换发光)。1.47 敏化 sensitization某些杂质中心能有效地吸收外界的激发能并传递给发光中心从而提高发光效率的过程称为敏化。在发光材料中加入的这种杂质叫
17、做敏化剂。如卤磷酸钙：锰，铈中的铈就是敏化剂。1.48 合作敏化 co-operation sensitization合作敏化是几个离子的一种共同敏化作用。 如图 1，敏化剂离子 S1 和 S2，由激发态跃迁至基态时，将所释放的能量同时传给激活剂离子 A，使它跃迁到激发态，这种敏化过程称为合作敏化。1.49 猝灭 quenching由于某些原因使发光材料发生非辐射跃迁，从而降低了发光效率的现象叫做猝灭，猝灭的原因可以各不相同，常见的有温度猝灭，浓度猝灭和杂质猝灭等。1.50 温度猝灭 temperature quenching由温度升高引起的发光效率下降的现象。这主要是由于温度升高使发光中心的
18、激发能量以更多的晶格振动的形式消耗了，从而造成了发光效率的下降。1.51 浓度猝灭 concentration quenching由于激活剂浓度过大造成的发光效率下降的现象。这主要是由于激活剂浓度达到一定值以后，它们之间的相互作用增强了。增大无辐射跃迁几率，从而使发光效率下降。1.52 杂质猝灭 impurity quenching由于某些杂质离子的作用使发光效率下降的现象。这些杂质离子叫做猝灭剂或毒化剂。铁、钴、镍是硫化锌型荧光粉的强猝灭剂。这种猝灭作用一般认为是由于猝灭剂的能级间距很容易转化为声子。1.53 猝灭剂 quencher 见 1.52。1.54 能量传递 energy tran
19、sfer能量传递指某一激发的中心将激发能的全部或部分转交给另一中心。能量传递的方式主要有：辐射能量传递，无辐射能量传递。1.55 能量输运 energy migration能量输运泛指借助于载流子、激子等的运动；，把能量从晶体的一部分带到另一部分。1.56 电荷迁移态 charge transfer state在激发过程中，电子从一个离子转移到另一个离子上，即从周围阴离子被激发到发光中心的阳离子上，中心离子此时所处的能态称为电荷迁移态(CTS)。CTS 不能直接产生光发射，只当电子从 CTS 返回周围阴离子时将激发能交给发光中心，发光中心被激发，这时才能产生发光跃迁。l.57 位形坐标 con
20、figuration coordinate描述发光离子和它周围的晶格离子所形成的系统的能量(包括电子能量，离子势能以及电子和离子间的相互作用能)和周围晶格离子位置之间的关系的图形叫做位形坐标图。纵坐标代表系统的能量，横坐标代表周图离子的“位置” ，称为位形。这是个笼统的位置概念，因为离子不止一个，一般不能用一个坐标来描述。 曲线 A 代表系统基态能量，B 代表系统激发态的能量，曲线上的水平横线表示晶格振动能级。1.58 光谱项 spectral term光谱学中用来表示原子(或离子)所处能量状态的符号，通常表示为其中：S 为总自旋量子数，L 为总轨道量子数；J 为总角动量量子数。对应 L 为
21、0，1，2，3 ，4， 5 等值，用 S，P，D，F ，G ，H表示。例如三价镨离子，两个 f 电子自旋平行，则 S=1/2+1/2-1设 L=5J 的取值范围在LS 和L+S之间J 4、 5、 6 。1.59 激发光谱 excitation spectrum激发光谱是指发光的某一谱线或谱带的强度或发光效率随激发光波长(或频率)的变化。1.60 吸收光谱 absorption spectrum物质的吸收系数(单位为 cm1 )随入射光的波长 (或频率)变化的曲线做吸收光谱。1.61 漫反射光谱 diffuse reflection spectrum光线投射到粗糙表面时，它向四面八方散射和反射，
22、称漫反射。通常用漫反射率表示反射能力的大小，漫反射率随入射波长(或频率)而变化的谱图，称漫反射光谱。1.62 发射光谱 emission spectrum发光的能量按波长或频率的分布，称发射光谱。1.63 荧光光谱 fluorescence spectrum荧光能量按波长或频率的分布称荧光光谱。1.64 带谱 band spectrum有一较宽波长范围的连续不断的光谱称为带谱。1.65 线谱 1ine spectrum由一条条线状发射组成的光谱称为线状光谱，简称线谱。其中的每条发射线称为光谱线，每条谱线的波长范围都是极窄的。科学的描述应该指出谱线的位置和宽度。1.66 谱线宽度 line wi
23、dth光谱曲线最大强度的一半处所对应两个波长之差，定义为该光谱的谱线宽度。如图 2 所示，AB 即该光谱的谱线宽度，也常称为半宽度，但已不常用，现在常称为峰值的一半处的总宽度，以 FWHM (Full width at Half Maximum)表示。1.67 半宽度 half width 见 1 66 条。1.68 洛伦兹线型 Lorentzian lineshape光谱线相对强度按频率分布满足洛伦兹分布的线型称为洛伦兹线型。1.69 高斯线型 Gaussian lineshape光谱线相对强度按频率分布满足高斯分布的线型称为高斯线型。I.70 能量(功率)效率 energy efficie
24、ncy发射的荧光能量与所吸收的激发能量之比。1.71 量子效率 quantum efficiency发射的荧光光子数与所吸收的激发光子数之比。1.72 流明效率 luminous efficiency发光的流明数与激发能量之比，称为流明效率。它和能量效率的关系如下：1=p*683P()V( )d / P()d(lm/W)式中：流明效率；p能量效率；常数 683 是光功率的最大流明当量；P() 光谱功率分布， 1mw；V( )光谱光视效率。 1.73 发光增长 build-up of luminescence荧光粉的相对能量输出与激发时间的关系，称为发光的增长。它表明了在稳定激发下荧光粉的能量输
25、出从激发开始到稳定状态的增长情况。1.74 荧光寿命 fluorescence life time处在发射荧光的高能级的粒子，经过一段时间就会向低能级跃迁而发射荧光，这段时间是随机的，它的平均值称为荧光寿命。它表现为激发停止后，荧光衰减到起始发光强度的 1e 所经历的时间。1.75 衰减 decay激发停止后；发光强度随时间而降低的现象叫发光的衰减。这时的发光叫余辉。其规律很复杂。最简单，最基本的是指数式衰减 I=I0e-1/7 和双曲线衰减 I=I0/(1-bt)2式中；I。 激发停止时的发光强度，cd；f从激发停止时算起的时间，s ；Jt 时刻的发光强度，cd；荧光寿命，s；b -常数。*
26、洛伦兹线型。*高斯线型。v。为谱线的中心频率1.76 余辉时间after glow (persistence)激发停止后的发光称为余辉。对阴极射线致发光材料来说，常把衰减到初始亮度 10%的时间称为余辉时间。余辉时间小于 ls 的称为超短余辉，l 10s 间的称为短余辉，10slm s 间的称为中短余辉， l100m s 间的称为中余辉，100m s s 间的称为长余辉，大于 1s 的称为极长余辉。1.77 晶型 crystal system组成晶体的三个矢量的大小和它们之间的夹角不同，形成不同对称性的晶体称均晶型。晶体可分为七个晶型，即三斜，单斜，正交，正方，四方，六方和立方(等轴) 七个晶
27、型。其中三斜、单斜和正交三类对称性最低，是低级晶族。立方晶系对称性最高，为高级晶族，其余属中级晶族。2 荧光粉材料2.1 荧光粉 phosphor“在一定的激发条件下能发光的无机粉末材料，有时也叫发光粉、晶态磷光体或磷光体。按激发方式的不同，可分为光致发光荧光粉、电致发光荧光粉、阴极射线致发光荧光粉和放射线致发光荧光粉等。2.2 光致发光荧光粉 photolum inescent phosphor在光激发下能发光的无机粉末材料。激发光可以在紫外、可见、近红外波段。2.3 荧光高压汞灯用荧光粉 phosphor for high pressure mercury fluorescent lamp涂在荧光高压汞灯内的一种光致发光荧光粉，这种荧光粉的涂敷主要是改善高压荧光灯的颜色，使红色区域的辐射更充分。用于高压灯的荧光粉应该具有下述一些特性：在高压汞放电辐射的范围内具有较高的吸收和辐射效率；在红色光谱区有占优势的辐射；发光要有较好的温度特性等。目前常用的有铕激活的钒酸钇或钒磷酸钇等。2.4 荧光低压汞灯用荧光粉 phosphor for low pressure mercury fluorescent lamp涂在荧光低压汞灯内的一种光致发光荧光粉。能够在 254nm 汞线的激发下，产生有效的光辐射。日光灯用荧光粉就是其中的一种。
