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理化所高級激發態發光研究取得進展

     多色發光材料在柔性顯示器、固態照明和有機激光器等領域中應用廣泛。由于采用多組分多色發光材料受制于相分離和不同顏色老化的問題,發展多發射的單一分子發光體是構筑多色發光固體器件的選擇。但是根據Kasha規則,在固態或凝聚態中,分子的高級激發態將通過振動馳豫和碰撞迅速失活到達最低激發態,并在最低激發態輻射發光。


    激發光譜和發射光譜是表征發光材料兩個重要的性能指標。激發光譜是指發光材料在不同的波長激發下,該材料的某一波長的發光譜線的強度與激發波長的關系。激發光譜反映了不同波長的光激發材料的效果。根據激發光譜可以確定使該材料發光所需的激發光的波長范圍,并可以確定某發射譜線強度最大時的激發波長。激發光譜對分析材料的發光過程也具有重要意義。發射光譜是指在某一特定波長激發下,所發射的不同波長的光的強度和能量分布。激發光譜和發射光譜通常采用熒光分光光度計進行測量。其基本結構包括光源,單色器,試樣室和探測器。常用光源為氙燈,單色器為光柵,探測器主要用光電倍增管。


    近日,中國科學院理化技術研究所超分子光化學研究中心吳驪珠團隊研究了一類基于雜原子取代類剛性二苯乙烯特有分子骨架,在室溫單一組分固體條件下表現明亮的多色發光。激發波長依賴的熒光發射、發光光譜與激發光譜的鏡像關系、時間分辨的發光行為等證明雙重熒光和雙重磷光分別源于單重激發態和三重激發態的高/低能級。機制研究表明,多重的分子內/間氫鍵和較大的高/低能級的激發態能隙“抑制”了Kasha規則,使高級激發態(S2,T2)表現輻射發光。高級激發態(S2)的熒光量子產率高達2.3–9.6%。這為設計單一組分多色發光固體材料提供了理想模型。
 
  α、β、γ及X射線激發物體引起的發光。 α射線是帶正電(氦核)的粒子流,而β射線是電子流,都是帶電粒子,不過,它們比一般帶電粒子,例如陰極射線,能量大得多。γ射線和 X射線是電磁輻射,都是光子流,不過,比可見光、紫外線的光子能量大得多。因此相對地說,輻射發光又可稱為高能粒子發光。物體的輻射發光譜與其他方式激發的發光譜基本相同,但從激發過程來看,它們之間有很大的差別。
 
  輻射發光應用:
 
  ① 閃爍計數器、閃爍探測器。用來進行射線強度、能譜及劑量的測量。
 
  ② X射線醫療及工業無損探測用的直接觀察屏,以及使乳膠感光的增感屏。直接觀察屏要求發光譜與人眼光譜響應匹配,一般譜峰在520~560nm之間。增感屏則要求感光乳膠對X 射線的吸收很少,而屏中的輻射發光材料吸收X 射線發出的光,能使乳膠感光,因此,發出的光應與乳膠的光譜響應相匹配。
 
  ③ 永久性發光材料。在發光材料(例如ZnS)中加入少量的放射性同位素,可以不需其他外加能源就能長時間地發光。有些同位素半衰期很長,所以稱這種材料為永久性的發光材料。它可以用來作為一種弱照明的不熄光源,例如涂覆在儀表上,可在夜間或暗處觀察。實際上,為了減低放射線對人體的傷害,常采用半衰期較短、毒害較低的人工同位素,例如氚(H)半衰期12.33年,钷(PM)半衰期2.65年,發光材料則用ZnS等。

 

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