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发光(即物质吸收能量后发射光的过程)指的是一个包含分子与光的相互作用的过程。能级图或雅布隆斯基图是这些相互作用的图形表示,说明了分子可能经历的各种状态和转变。在典型的雅布隆斯基图中,最低的水平线代表了分子的基态能量,并且通常是单重态。这种状态代表了室温下的溶液中大多数分子的能量。上面的线代表了三种电子激发态的振动能级:第一和第二电子激发单重态,以及第一电子激发三重态。

这四种电子态中的每一个都与许多振动能级相关联。吸收跃迁可以在从电子基态单重态到电子激发单重态的各种振动能级之间发生。三重态的跃迁涉及了多重性的变化,因此其发生的概率非常低。受激分子可以通过几个机械步骤返回到基态。其中的两个步骤,荧光和磷光,涉及光子的发射,而其他步骤则都是无辐射过程。返回基态的首选路径是使激发态的寿命最小化的路径。因此,如果与无辐射过程相比,荧光的失活速度很快,那么就可以观察到这种发射。相反,如果无辐射路径具有更加有利的速率常数,那么荧光要么不会存在,要么强度较低。​​

被激发到第一和第二电子激发单重态的分子会迅速失去所有多余的振动能量,并通过被称为振动弛豫的非辐射过程弛豫到这一电子的基态振动能级。内转换这个术语描述了分子间的过程,这一过程使分子处于能量较低的电子态而不发射辐射。这些过程既没有明确的定义也不易于理解,但它们通常非常高效。内转换可以发生在两个具有相同多重性(单重态-单重态或三重态-三重态)的状态之间,尤其是当两个电子能级足够接近以至于振动能级出现重叠的时候。

系间跨越是另一种失活过程,指的是不同多重性电子状态之间的交叉。与内转换一样,如果两种状态的振动能级出现重叠,系间跨越的概率就会增加。系间跨越在含有重原子(例如碘或溴)的分子中最为常见,因为其自旋和轨道之间的相互作用会增加。

振动弛豫、内转换、外转换和系间跨越都是无辐射失活的表现形式,其中处于激发态的分子会在不发射光子的情况下失去能量。另一方面,荧光和磷光都包含光子的发射。在这两种情况下,分子都会返回到能量较低的电子状态,但二者的不同之处在于所涉及的状态的多重性和激发态的寿命不同。总而言之,发光过程中的失活过程非常复杂,其中包含了辐射和非辐射跃迁的组合。这些过程的效率会极大地影响对材料的发光特性的观察。

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Deactivation ProcessesJablonski DiagramLuminescenceGround StateExcited StatesSinglet StateTriplet StateFluorescencePhosphorescenceRadiationless ProcessesVibrational RelaxationInternal ConversionIntersystem Crossing

来自章节 12:

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