磷光(Phosphorescence)是一種緩慢發光的光致發光現象,當激發光停止后,發光現象能持續存在。
磷光現象最早被發現在自然界中的某些礦物和生物體中,例如磷光石和螢火蟲等。這些物質在受到外部激發后,能夠持續發出光線,這就是磷光現象的最初發現。磷光現象的產生是由于物質內部電子的能級躍遷所導致的。當物質受到外部激發,例如光照或電流等,內部的電子會從基態躍遷到激發態,獲得額外的能量。然后,這些電子會以某種方式將這部分能量釋放出來,其中一種方式就是發光。這種發光的方式就是磷光。
磷光現象在許多領域都有廣泛的應用。例如,在顯示技術中,磷光材料被廣泛用于制造電視和計算機顯示器。在這些設備中,電子束通過磷光材料,使其發出光線,從而形成圖像。此外,磷光材料也被廣泛用于制造各種照明設備,例如熒光燈和T8燈管等。這些設備中的磷光材料可以將電能轉化為光能,從而產生照明。
概述
通常發光方式很多,但根據余輝的長短將晶體的發光分成兩類:熒光和磷光。余輝指激發停止后晶體發光消失的時間。
當處于基態的分子吸收紫外-可見光后,即分子獲得了能量,其價電子就會發生能級躍遷,從基態躍遷到激發單重態的各個不同振動能級,并很快以振動馳豫的方式放出小部分能量達到同一電子激發態的最低振動能級,然后以輻射形式發射光子躍遷到基態的任一振動能級上,這時發射的光子稱為熒光。熒光也可以說成余輝時間≤10^(-8)s者,即激發一停,發光立即停止。這種類型的發光基本不受溫度影響。
如果受激發分子的電子在激發態發生自旋反轉,當它所處單重態的較低振動能級與激發三重態的較高能級重疊時,就會發生系間竄躍,到達激發激發三重態,經過振動馳豫達到最低振動能級,然后以輻射形式發射光子躍遷到基態的任一振動能級上,這時發射的光子稱為磷光。當然,磷光也可以說成余輝時間≥10^(-8)s者,即激發停止后,發光還要持續一段時間。根據余輝的長短,磷光又可以分為短期磷光(余輝時間≤10^(-4)s)和長期磷光(余輝時間≥10^(-4)s)。磷光的衰減強烈的受溫度影響。
機制
電子依照泡利不相容原理排布在分子軌道上,當分子吸收入射光的能量后,其中的電子從基態S0(通常為自旋單重態)躍遷至具有相同自旋多重度的激發態。處于激發態的電子可以通過各種不同的途徑釋放其能量回到基態。比如電子可以從經由非常快的(短于10 秒)內轉換過程無輻射躍遷至能量稍低并具有相同自旋多重度的激發態,然后從經由系間跨越過程無輻射躍遷至能量較低且具有不同自旋多重度的激發態(通常為自旋三重態),再經由內轉換過程無輻射躍遷至激發態,然后以發光的方式釋放出能量而回到基態S0。由于激發態和基態S0具有不同的自旋多重度,雖然這一躍遷過程在熱力學上有利,可是它是被躍遷選擇規則禁戒的,從而需要很長的時間(從10 秒到數分鐘乃至數小時不等)來完成這個過程;當停止入射光后,物質中還有相當數量的電子繼續保持在亞穩態上并持續發光直到所有的電子回到基態。
歷史
有的寶石在暗處會發光,如1603年,鮑絡納(Bologna)的一個鞋匠發現當地一種石頭(含硫酸)經陽光照射被移到暗處后,會繼續發光。當時關于磷光的記載中描述:鮑絡納石經陽光照射,須孕育一段時間后才產生光。經過幾個世紀后,人們才弄清楚這一現象的發光原理與發光過程。1845年,Herschel報道硫酸奎寧溶液經日光照射后發射出強烈的光。
參考資料 >
武漢大學李振教授Nature Commun:長壽命有機室溫磷光研究取得新進展.微信公眾平臺.2024-02-09
磷光(Phosphorescence).磷光 .2024-02-09