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发光学与发光材料

发光学与发光材料

定 价:¥100.00

作 者: 徐叙瑢,苏勉曾主编
出版社: 化学工业出版社
丛编项:
标 签: 化学工业

ISBN: 9787502554101 出版时间: 2004-10-01 包装: 精装
开本: 26cm 页数: 610 字数:  

内容简介

  发光材料因其优越的物理性能、必需的重要应用及远大的发展前景而在材料行业中备受关注,本书由国内发光界多名权威专家共同编写。书中系统介绍了各种材料发光的物理、规律、性能、制备方法、应用及性能测试,是一本内容全面、材料新颖、理论系统较强、技术先进且兼顾实用性的专著。本书具体内容包括:发光的定义和分类;基本物理过程及现象;半导体的发光;分立中心的发光;特殊物质结构的发光;发光动力学问题的计算机模拟;发光在照明和其他光源中的应用;显示技术;发光在探测中的应用;主要发光材料;发光材料的制备;无机薄膜电致发光;视觉与颜色;发光分析;同步辐射原理与应用简介等。本书前言自然界中物质的运动都靠能量及其转换,把各种能量转换为光能的过程主要有两种:其一是热辐射;其二是发光。而它们都需要中间的媒介。如从这个中间媒介的个别原子或分子中发生的过程来看,两个原子或分子可以分别独立地自发发光,而无需协调它们的相位,因而它们的发光不是相干的;在热辐射中两个原子或分子也经历着这种互不相干的过程。所以就单个原子或分子而言,发光同温度辐射并无不同。但就这个中间媒介的整体发光而言,它们就截然不同了,当物质温度升高时,从400K就开始有可见光发出,并逐渐蓝移,它的光谱分布、发光强度都符合热辐射的规律。而发光则不然,在室温下看不到发光体的热辐射,但受到能量激发时发光体则可发出强烈的、耀眼的可见光。它的光谱是发光体的特征,不因温度而变。冷热不是光的属性,但是低温更有利于发光体的发光,人们常称发光为冷光。发光体吸收能量后,经过一系列的中间过程,才到达发光的元激发态,所以,对发光的研究必须着眼于全过程,而不能只限于研究最后引起发光的能级间的跃迁。然而,高能量的激发不能直接引起发光,而是先经过其他过程,消耗掉部分能量,待能量接近发光要求的能量范围后才引起发光。在这个能量附近,各类发光的主要过程是相同的,但不同的激发方式可以给这个过程以调制或扩展。最简单的激发发光是光致发光。在历史上阴极射线、X射线以及放射性的发现都曾借助于发光现象。发光学的研究与其他学科有着紧密的联系,也有着互相促进的作用。20世纪量子理论建立以后,发光学从观察、归纳、总结的经验科学中找到了它的物理内涵,确定能级及能级间的跃迁是发光现象的核心,这样,发光学的物理机理及应用都得到了很大发展。到20世纪末,发光学又有了极大开拓。例如:在微腔结构中,发光体能级系统及辐射场都是量子化的,它改变了腔中自发辐射的性质,发展了爱因斯坦辐射理论。量子阱及超晶格是一种量子工程的材料,具有异乎寻常的光学及电学性质,有些是常规晶体中所没有的,它的发光具有很多新的特殊性质。当硅晶体中的孔隙度超过70%时,多孔硅可以发出可见光,其红至绿的光致发光在室温下的量子效率可以达到10%,还能发出蓝色光。纳米发光材料,有原子簇、纳米薄膜、纳米块体几种形态,它可以是半导体、离子晶体、非晶体,还可能是掺杂状态,它们的发光也有很多新的性质。发现了上转化及量子剪裁现象,使小能量光子或大能量光子得到更有效的利用。将发光的起源扩展到芯能级,充分利用价带中电子丰富的优势,在闪烁晶体中利用了交叉发光。关于稀土元素的高能级的研究取得了新的进展。蓝色波段及紫外波段发光的研究扩展了发光光谱的范围,使其应用范围有了很大扩展。在信息存储、显示、照明、探测等方面都有新的方案及应用器件。在发光与农业、医学的交叉中也都有新的发展。研究发光的技术在能量分辨、时间分辨及空间分辨上都有极大的创新,如高分辨光谱术,纳秒(ns)、皮秒(ps)、飞秒(fs)时间分辨技术,电子显微镜、原子力显微镜以及近场显微镜显微技术等。发光在深入及开拓方面的成就形成了新的维度,为21世纪发光学的发展准备了良好的开端。按照激发能的不同,可以把发光分类为光致发光(紫外波段发光或真空紫外波段发光激发)、阴极射线发光(电子束流激发)、电离辐射发光(X射线、γ射线及高能离子激发)、电致发光(直流或交流电场激发)、化学发光(由化学反应能激发)、生物发光(由生物能激发)、摩擦发光(由机械应力激发)等。发光材料是由作为材料主体的化合物(基质)和选定掺入的少量以至微量的杂质离子(激活剂)所组成。有时还掺入另一种杂质离子作为敏化剂。发光材料可以是无机材料,也可以是有机材料。材料的形态有晶态、粉体、薄膜以至纳米态。发光材料受外界能量的激发,将部分的激发能转变为可见光发射。目前已研究开发出数百种各类发光材料,广泛应用于国民经济的各个领域以及人们生活的各个方面,本书前面6章着重讨论发光学的问题,即讨论发光现象中所包含的基本物理过程及重要规律,后面9章则着重讨论发光材料的组成、结构、性质、表征和实际应用等问题,包括发光在测试、光源、信息和图像显示、探测和分析等方面的应用以及有关的应用光学问题。这部专著介绍了发光的基本理论、主要发光材料、发光在各方面的应用。既概括了国际上发光领域的成就和进展,也展示了中国科学工作者的贡献。本书可以作为高等学校物理、化学、材料科学、信息科学、照明工程等专业的教学参考书,科研机构及企业研发部门有关人员的参考用书。本书是由编辑委员会组织,邀请发光学界各方面的专业研究教学人员集体编写而成。编写者都具有较强的理论基础、丰富的工作经验和独到的科学见解,但学有专攻,行文写作自有风格,专业名词术语也有不同,而且专著涉及的是科学发展及前沿现状,有些问题尚处于百家争鸣阶段,本书未做统一改动。由于时间仓促,本书肯定有不足之处和缺点,希望读者不吝赐教,提出批评和指正。书前附有作者名录,欢迎读者与其交流讨论。在编写本书过程中,参加编写的各位专家进行密切合作,并得到化学工业出版社的大力支持,责任编辑对本书又做了详尽的编辑加工和润色,我们表示衷心的感谢。还感谢冀国蕊及徐征同志在文秘、通讯、文体规范、进展统计各方面大量及时、细致的具体帮助。

作者简介

  徐叙瑢 中国科学院院士。1945年毕业于西南联合大学物理系。1946-1951年北京大学物理系。1951-1955年赴苏联列别杰夫物理研究所攻读研究生,1955年获苏联副博士学位。1955-1966年中国科学物理研究所。1966-1987中国科学院长春物理所。1980年当选中国科学院院士。1987年-1996年天津理工学院材料物理研究所。1996年调入北京交通大学光电子技术研究所。现已培养硕士生40多名,培养博士生30多名、指导博士后3名。中国发光学的主要开创者和奠基人,长期从事发光物理和发光应用研究工作,提出了分层优化方案,发现了固态阴极射线发光。

图书目录

"第1章 发光的定义及分类1 1. 1 发光的定义2 1. 2 发光的分类3  1. 2. 1 光致发光3  1. 2. 2 电致发光3  1. 2. 3 阴极射线发光3  1. 2. 4 X射线及高能粒子发光3  1. 2. 5 化学发光4  1. 2. 6 生物发光4 参考文献4第2章 基本物理过程及现象5 21 光的吸收、反射及折射7  211 固体中的光学常数7  212 光在界面上的反射和折射8  213 介电常数的色散和Kramer-Kronig关系10 22 Einstein关系和Einstein自发辐射系数11  221 Einstein关系11  222 Einstein自发辐射系数13 23 谱线的宽度和线形14  231 非均匀线宽14  232 均匀线宽15  233 动态非均匀线宽17  234 谱线的线形17 24 相干瞬态过程18  241 光学Bloch方程18  242 光章动、自由感应衰减和光子回波22 25 量子化的辐射场与原子的相互作用28  251 辐射场的量子化29  252 量子化的辐射场和原子的相互作用29 26 电子-声子耦合33  261 声子33  262 位形坐标和单频近似理论34  263 无辐射跃迁40 27 能量传递42  271 Frster-Dexter理论42  272 一对(D,A)间能量传递速率与距离的关系44  273 供体发光的统计问题47  274 浓度猝灭53 28 光学非线性55  281 非线性介质中的Maxwell方程55  282 二阶非线性效应56  283 三阶非线性效应59 参考文献67第3章 半导体的发光69 31 能带模型,直接带与间接带72 32 杂质与缺陷74  321 杂质74  322 缺陷77 33 电学性质,p型与n型导电性82  331 平衡态p-n结的性质83  332 外加偏压下的p-n结84 34 直接跃迁与间接跃迁86  341 允许的带间直接跃迁87  342 禁戒的带间直接跃迁90  343 局域能级参与的跃迁92  344 声子参与的跃迁93  345 间接带间的跃迁95 35 发光中心及陷阱98  351 发光中心98  352 陷阱104 36 复合发光及其衰减规律109  361 单分子与双分子衰减规律109  362 长余辉发光112  363 热释光113  364 光激励发光117 37 激子发光118  371 半导体吸收边的精细结构与激子119  372 万尼尔激子120  373 自由与束缚激子的复合发光123 38 施主-受主对发光126  381 施主-受主对的能量状态126  382 浅施主-受主对复合发光及其特征127  383 深施主-受主对发光129 39 等电子中心发光132  391 等电子中心吸收与发光光谱之间的镜像对称关系132  392 等电子中心NN对的发光133 310 高激发密度下的发光135  3101 激子分子及其发光135  3102 电子-空穴液滴及其发光136 311 p-n结发光139  3111 p-n结发光发展概要139  3112 p-n结发光效率141 312 单注入与双注入式发光143  3121 注入方式与p-n结发光区域143  3122 注入效率146  3123 p-i-n结构的双注入式发光147 参考文献149第4章 分立中心的发光155 41 群论在分立中心发光研究中的应用156  411 能级的分类和低对称下的劈裂156  412 选择定则和状态混杂157  413 分立发光中心能级结构的计算159 42 稀土离子的能级和跃迁165  421 稀土离子4fn组态的能级结构165  422 稀土离子4fn-15d组态的能级结构167  423 稀土离子电偶极跃迁的Judd-Ofelt理论172 43 过渡金属离子的能级结构175 44 其他分离发光中心的能级结构177  441 ns2型离子的发光中心177  442 离子团发光中心178 45 分立中心的发光过程178  451 线性系统的响应函数和转移函数179  452 应用转移函数的例子180  453 非指数衰减183 46 上转换发光185  461 激发态吸收185  462 上转换发光中的吸收雪崩现象187  463 能量传递引起的上转换发光188 47 量子剪裁189  471 光子分步发射190  472 逐次能量传递191 参考文献193第5章 特殊结构物质的发光195 51 半导体超晶格和量子阱的发光196  511 概论196  512 半导体超晶格和量子阱的制备199  513 半导体超晶格和量子阱的光谱203  514 非对称半导体双量子阱的发光208  515 组合半导体超晶格的发光211 52 半导体量子线和量子点的发光212  521 半导体量子线的发光213  522 半导体量子点的发光217 53 多孔硅的发光224  531 多孔硅的形成与结构225  532 多孔硅的光致发光227  533 多孔硅的电致发光230  534 多孔硅的发光机理231 54 非晶态半导体的发光233  541 非晶态半导体的结构与制备233  542 非晶态半导体的能带结构235  543 非晶态硅的发光236  544 非晶态硫属化合物的发光239 参考文献239第6章 发光动力学问题的计算机模拟241 61 随机变量的模拟242 62 发光的模拟244  621 发光的统计性质244  622 单分子荧光的计算机模拟245  623 单分子识别247 63 能量传递过程的模拟249  631 具有分布密度φ0(X)的随机变量X的模拟249  632 静态能量传递249  633 D-D传递对D-A传递的影响250 64 相干瞬态现象的模拟251  641 相位和频率的随机变化251  642 红宝石中的失相过程的计算机模拟256 参考文献258第7章 发光在照明和其他光源中的应用259 71 前言261 72 灯用发光材料和辐射光源261 73 荧光灯262  731 灯的结构和工作原理262  732 荧光灯的能量转换263  733 色温、光色、显色指数263  734 三基色荧光灯264  735 无电极荧光灯265  736 无汞荧光灯(稀有气体荧光灯)266 74 高压汞荧光灯267  741 灯的结构和工作原理267  742 能量转换268 75 金属卤化物灯和钠灯268  751 金属卤化物灯268  752 高压钠灯270 76 荧光灯用发光材料271  761 发展历史271  762 对发光材料性能上的要求272  763 卤磷酸盐273  764 磷酸盐荧光体288  765 硅酸盐荧光体293  766 铝酸盐荧光体299  767 钨酸盐荧光体303  768 硼酸盐荧光体304  769 钒酸盐荧光体306  7610 Y2O3∶Eu和其他荧光体307 77 高压汞灯用发光材料310  771 发展历史和现状310  772 对发光材料性能的要求311  773 氟锗酸镁和砷酸镁311  774 磷酸锶镁锡312  775 钒酸钇铕和钒磷酸钇铕313  776 硅酸钇铈铽314  777 铝酸钇铽315  778 氯硅酸锶铕316 78 弱光源317  781 放射性发光材料317  782 长时发光材料318 79 白光发光二极管321  791 白光发光二极管的基本原理和光能转换322  792 蓝芯片-荧光体白光LED器件的结构和制造工艺323  793 白光发光二极管用荧光体323  794 Ce3+激活的稀土石榴石体系325  795 Eu2+激活的氯硅酸镁锌钙体系326  796 Eu2+激活的碱土焦硅酸盐327  797 Eu2+激活的蓝色荧光体和红色荧光体328 710 展望329 参考文献330第8章 显示技术336 81 阴极射线发光340  811 真空阴极射线发光340  812 固态阴极射线发光359 82 光致发光等离子体显示367  821 工作原理367  822 PDP中采用的发光材料368 83 注入发光369  831 发光二极管369  832 双极注入复合发光379 84 电致发光388  841 无机粉末型电致发光(EL)材料和显示器件388  842 无机薄膜电致发光(EL)材料和显示器件425 85 矩阵多像元显示的驱动及控制443  851 字符显示444  852 矩阵显示屏的控制与驱动446  853 大屏幕电视455  854 集成化显示显像461 参考文献462第9章 发光在探测中的应用466 91 前言468 92 X射线和物质的作用468 93 医学X射线影像探测470  931 X射线荧光屏470  932 X射线影像增强管471  933 X射线增感屏473 94 X射线发光材料477  941 钨酸钙477  942 硫化锌镉478  943 氟卤化钡479  944 溴氧化镧481  945 硫氧化稀土类482  946 稀土钽酸盐类482  947 小结和展望484 95 计算X射线影像484  951 小结和展望489 96 X射线无损检测490  961 发光玻璃491 97 热释光剂量探测493  971 热释光原理494  972 热释光材料及性质502 98 电离辐射荧光探测513  981 无机闪烁体514  982 陶瓷闪烁体531  983 有机闪烁体533  984 新型闪烁体展望535 参考文献536第10章 主要发光材料541 101 基质543  1011 IA-VIIA族化合物543  1012 IIA-VIA族化合物545  1013 IIB-VIA族化合物546  1014 IIIA-VA族化合物549  1015 (Al, Ga, In) (P, As) 550  1016 GaN, SiC发光551  1017 三元及多元化合物552  1018 氧化物和含氧酸盐555  1019 有机化合物发光560 102 发光中心561  1021 ns2型离子发光中心561  1022 过渡金属离子发光中心561  1023 镧系金属离子发光中心564  1024 复合离子发光中心583 参考文献585第11章 发光材料的制备591 111 原材料的制备和提纯592  1111 高纯硫化锌/镉的制备593  1112 高纯磷酸氢钙的制备594  1113 高纯二氧化硅的制备594  1114 高纯氧化铝的制备595  1115 高纯钨酸的制备595  1116 单一稀土元素氧化物的提纯595  1117 高纯五氧化二钒的制备597  1118 高纯硫的制备597 112 发光材料粉体的制备597  1121 原料的选择和配比598  1122 高温固相反应制备发光材料599  1123 高温固相反应的设备601  1124 粉体粒度的控制601  1125 粉体粒度的测定602 113 其他高温制备发光材料粉体的方法603  1131 喷雾热解法604  1132 燃烧法607  1133 微波辅助加热法609 114 溶液法制备发光材料611  1141 沉淀法611  1142 水热法613  1143 溶胶-凝胶法614 115 纳米发光材料的制备616  1151 纳米半导体发光材料617  1152 纳米掺杂化合物发光材料制备619  1153 发光玻璃制备620 116 发光材料的优化和新发光材料的探索621 参考文献623第12章 发光材料的表征及测量技术626 121 光致荧光光谱的测量627  1211 光致荧光光谱测量的预备知识627  1212 照度计法测荧光粉的相对亮度630  1213 照度计法测紧凑型荧光灯(CFL)总光通量632  1214 CFL的SPD测量634  1215 荧光粉SPD的测量636  1216 WLED光色参数的测量637 122 时间分辨637 123 形貌测量640  1231 粒度分析640  1232 光学显微镜642  1233 电子显微镜(EM或TEM)642  1234 扫描电子显微镜(SEM)644  1235 近场光学显微镜645  1236 扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)646  参考文献647第13章 视觉与颜色648 13. 1 视觉649  13. 1. 1 视觉及其形成过程649  13. 1. 2 明视觉、暗视觉和介视觉649 13. 2 颜色及CIE表色系统650  13. 2. 1 三基色原理及基本概念650  13. 2. 2 RGB表色系统651  13. 2. 3 CIE的XYZ表色系统652  13. 2. 4 均匀色空间656  13. 2. 5 色差及其计算公式657  13. 2. 6 CIE标准光源659 133 色温、相关色温和光色661  1331 黑体辐射定律661  1332 非黑体辐射662  1333 色温和相关色温662  1334 光色664 134 显色指数664 参考文献665第14章 发光分析666 141 荧光分析法的原理及应用669  1411 荧光分析法的基本原理669  1412 荧光分析仪器670  1413 荧光测量技术671  1414 背景信号673  1415 荧光定量分析的各种条件674  1416 环境中有害成分的荧光分析675  1417 食物及头发中有害成分的荧光测定677 142 稀土元素发光分析678  1421 稀土简单离子的荧光分析法678  1422 稀土有机络合物的荧光光度法679  1423 稀土元素荧光分析中的新方法新技术684  1424 稀土结晶磷光体发光分析法689 143 化学(生物)发光原理及其应用692  1431 化学发光分析法的基本原理692  1432 主要化学发光体系696  1433 电化学发光703  1434 化学发光免疫分析708  1435 化学发光分析在环境检测中的应用712  1436 化学发光技术在生物医学领域的应用716  1437 化学发光传感器719 参考文献722第15章 同步辐射原理与应用简介734 151 前言735 152 同步辐射原理735  1521 同步辐射基本原理735  1522 同步辐射装置:电子储存环736  1523 同步辐射装置:光束线、实验站740  1524 第四代同步辐射光源740 153 同步辐射应用研究743  1531 概述743  1532 真空紫外光谱744  1533 X射线吸收精细结构745  1534 在生命科学研究中的应用747  1535 同步辐射的工业应用747  1536 第四代同步辐射光源的应用749 154 结束语750 参考文献75

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