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12.10 : 光致发光:荧光和磷光

光致发光指的是分子吸收光能并以光的形式重新释放出来的过程。这种现象在物质吸收光子的时候发生,这会使其电子进入到更高能级的激发态,然后在弛豫过程中电子返回到其原始的基态能级,并同时发光。光致发光广泛存在于各种材料之中,其中包括半导体、有机化合物和无机化合物。

处于自旋单重态的一对电子以相反的自旋占据了相同的电子基态,而三重激发态则发生在当一个电子的自旋不再与基态的自旋进行匹配的时候。根据所涉及的电子自旋态,光致发光主要有两种类型:荧光和磷光。

荧光是光致发光中的一种类型,其特征是衰减时间快,通常为从纳秒到微秒不等。在荧光中,激发态和基态具有相同的电子自旋多重度,这意味着电子自旋在跃迁过程中能够保持不变。这一过程涉及单重态-单重态跃迁,其中激发态和基态都属于单重态,其中所有的电子都是成对的。

磷光是另一种光致发光,其特征是衰减时间明显更长,从几毫秒到几分钟不等。在磷光中,激发态和基态具有不同的电子自旋多重度。这一过程涉及了三重态-单重态跃迁,其中的激发态是三重态(两个不成对的电子具有平行自旋),而基态是单重态。这些跃迁是“自旋禁阻的”,这意味着电子自旋在跃迁过程中必须改变。

荧光和磷光都可以用于各种应用,例如光学传感器、生物成像和有机发光二极管。光致发光光谱是通过测量发射辐射强度与激发波长或发射波长的关系来记录的。激发光谱是通过在固定波长下监测发射并改变激发波长来获得的。发射光谱则是通过使用固定波长激发分子来获得的。

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PhotoluminescenceFluorescencePhosphorescenceElectron Spin StatesSinglet StateTriplet StateDecay TimeOptical SensorsBioimagingOrganic Light emitting DiodesExcitation SpectraEmission Spectra

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