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荧光粉的应用
荧光粉具有很多应用领域,以下是其中几个典型的应用场景:
荧光粉在照明领域中被广泛应用,可以用于制造荧光灯、LED灯等照明设备,能够提高照明效果并节约能源。
荧光粉在安全领域中也有很多应用,例如可以用于制造荧光安全标志、荧光安全衣等,能够在黑暗中提高安全性。
荧光粉在艺术领域中也有很多应用,可以用于制造荧光画、荧光雕塑等,能够营造出神秘、梦幻的氛围。
荧光粉还可以用于制造荧光化学品、荧光染料等,在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
现在先看光子的吸收。起初分子处于基态,就是 S0 的 0,一个能量合适的光子打过来后,电子吸收了这个光子的能量,跳到电子激发态的第三振动激发态。这个过程中能量是守恒的,分子体系能量增加了 \hbar\omega, \hbar 为普朗克常数除以2\pi,\omega为光子角频率。当然,如果光子能量稍多或稍少,电子会跳到更高或者更低的某个态上,如果这个态存在的话。吸收完成后,分子处于一个不怎么稳定的状态,有放出能量回到基态的趋势。这个放出能量有多种途径,比如图中的红箭头,是振动能级的弛预,通过分子之间的碰撞等过程把振动能量变成分子动能,宏观上来看体系温度升高,也就是变成了热。通过某种方式弛预到激发态的振动基态后,发生电子跃迁,回到电子基态。这个跃迁的终态也是有多种可能的,可以回到电子基态的任意振动激发态。这个过程中,体系发出光子,能量降低,即为荧光。
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所以,荧光粉在各个领域内都具有广泛的应用。荧光粉的危害是比较明显的,只要做好相关的防护工作,就可以在利用荧光粉的过程中尽可能地降低荧光粉的危害带来的后果,吸收辐射的能力与荧光粉的分散程度有关,因此其粒度的大小对发光亮度的影响很大。卤磷酸钙荧光粉粒度大小决定于原料CaHPO4的粒度大小,因此,获取一定大小和晶格的晶体CaHPO4,即可将荧光粉粒度控制在一定大小(5~10µ),从而获得高的发光亮度。
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硫化锌是半导体,带隙 3.54 eV(立方)或 3.91 eV(六方)。掺杂铜后,Cu在带隙内引入掺杂态,就是图中的 A 和 A*。体系吸收光子后,电子从价带(V)激发到导带(C),这也可以叫做电子-空穴对。这个电子空穴对在体系里各种相互作用的影响下运动,它们可以重新组合,变成基态电子,放出光子。但现实中体系的晶格会出现各种缺陷,这些缺陷会导致带隙内产生 traps,激发后的电子被trap捕获后就跳不回基态了。当然被捕获的电子还可能逃离 trap,比如通过升高温度加剧热运动等。逃离后又有可能跃迁回价带,导致发光。因此发光的延续或者延迟时间跟很多因素有关,比如激发光强,trap浓度,半导体带隙,掺杂态的能级位置,温度等。在【PR, 121, 1607】里面,他们做的实验是可以延续半小时左右。当然现在应该有发光延续时间更长的材料。
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