《材料测试技术及方法》课程教学课件（PPT讲稿）电磁辐射与材料的相互作用

第一章总论 (之二)电磁辐射与材料的相互 作用

1 第一章 总论 （之二） 电磁辐射与材料的相互 作用

Nature Materials 2012:11:58 Whereas significant achievements have been made in visible persistent phosphors (长余辉)，the research and development of persistent phosphors in the NIR region (700-2,500nm,近红外区)are lacking,even though there are growing demands for applications as taggants（示踪物)in night-vision surveillance(监测)and as optical probes in bioimaging

Nature Materials 2012;11:58 2 Whereas significant achievements have been made in visible persistent phosphors （长余辉） , the research and development of persistent phosphors in the NIR region (700-2,500 nm，近红外区) are lacking, even though there are growing demands for applications as taggants （示踪物）in night-vision surveillance （监测） and as optical probes in bioimaging

5 6 10s 1min 5min 5min 5min 5min Direct sunlight 400nm495nm590nm 5 min Excited in air Excited in salt water 1785 24h 120h Nature Materials 2012:11:58 240h Zn3Ga2Ge2010:0.5%Cr3+ 360h

3 Nature Materials 2012;11:58 Zn3Ga2Ge2O10: 0.5%Cr3+

●●9 ③ ① 4T,(te2) ④ ⑥ 4T,(t2e) ⑦ 4T2/2E Electron traps ⑤ ① 4A2 Cr3+ g

4

主要内容 第一节概述 辐射的吸收与发射、辐射的散射、光电离 *第二节各类特征谱基础 原子光谱、分子光谱#、光电子能谱#、俄歇电 子能谱、核磁共振 *第三节X射线的产生及其与物质的相互作用 X射线的产生#、X射线与物质的相互作用、X 射线的衰减、X射线的防护

5 主要内容 第一节 概述 辐射的吸收与发射、辐射的散射、光电离 *第二节 各类特征谱基础 原子光谱、分子光谱# 、光电子能谱# 、俄歇电 子能谱、核磁共振 *第三节 X射线的产生及其与物质的相互作用 X射线的产生# 、X射线与物质的相互作用、X 射线的衰减、X射线的防护

第一节概述 一、辐射的吸收与发射 1辐射的吸收与吸收光谱 2辐射的发射与发射光谱 3.光谱的分类

6 第一节 概述 一、辐射的吸收与发射 1.辐射的吸收与吸收光谱 2.辐射的发射与发射光谱 3.光谱的分类

1.辐射的吸收与吸收光谱 辐射的吸收是指辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被 组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收， 从而使辐射强度减弱的现象。 辐射吸收的实质在于辐射使物质粒子发生由低能级（一般为 基态)向高能级（激发态）的能级跃迁。 ● 被选择性吸收的辐射光子能量应为跃迁后与跃迁前两个能 级间的能量差，即 hy=△E=E2-Eu ● 式中：E,与E一高能级与低能级能量。 辐射（能量）被吸收的程度（一般用吸光度）与V或入的关系（曲 线)，即辐射被吸收程度对ν或)的分布称为吸收光谱

7 1. 辐射的吸收与吸收光谱 ⚫ 辐射的吸收是指辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被 组成物质的粒子（原子、离子或分子等）选择性地吸收， 从而使辐射强度减弱的现象。 ⚫ 辐射吸收的实质在于辐射使物质粒子发生由低能级(一般为 基态)向高能级(激发态)的能级跃迁。 ⚫ 被选择性吸收的辐射光子能量应为跃迁后与跃迁前两个能 级间的能量差，即 ⚫ 式中：E2与E1——高能级与低能级能量。 ⚫ 辐射(能量)被吸收的程度(一般用吸光度)与或的关系(曲 线)，即辐射被吸收程度对或的分布称为吸收光谱

Vo 吸收线轮廓 吸收线轮廓与半宽度 表征吸收线轮廓（峰）的参数： 中心频率v。(峰值频率)： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长：2(nm) 半宽度：△o

8 表征吸收线轮廓 ( 峰 )的参数： 中心频率  O (峰值频率) ： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长： λ(nm) 半 宽 度： Δ  O

2.辐射的发射与发射光谱 ●●● ·辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁辐射的现 象。 ● 辐射发射的实质在于辐射跃迁，即当物质的粒子吸 收能量被激发至高能态E)后，瞬间返回基态或低能 态(E),多余的能量以电磁辐射的形式释放出来。 发射的电磁辐射频率取决于辐射前后两个能级的能 量(E2与E)之差，即 =AE=E2-E h ·辐射的发射，前提是使物质吸收能量即激发。物质 激发的方式分为两类：非电磁辐射激发（非光激发）和 电磁辐射激发（光激发）

9 2. 辐射的发射与发射光谱 ⚫ 辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁辐射的现 象。 ⚫ 辐射发射的实质在于辐射跃迁，即当物质的粒子吸 收能量被激发至高能态(E2 )后，瞬间返回基态或低能 态(E1 )，多余的能量以电磁辐射的形式释放出来。 ⚫ 发射的电磁辐射频率取决于辐射前后两个能级的能 量(E2与E1 )之差，即 ⚫ 辐射的发射，前提是使物质吸收能量即激发。物质 激发的方式分为两类：非电磁辐射激发(非光激发)和 电磁辐射激发(光激发)

辐射的发射与发射光谱（续） ·非电磁辐射激发又有热激发与电激发等多种方式。 。电弧、火花等放电光源和火焰等通过热运动的粒子 碰撞而使物质激发称为热激发，而通过被电场加速 的电子轰击使物质激发则称为电（子）激发。 ·电磁辐射激发又称为光致发光，作为激发源的辐射 光子称一次光子，而物质微粒受激后辐射跃迁发射 的光子（二次光子）称为荧光或磷光。 ·吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短 (108~104s)则称为荧光；延误时间较长(104~10s)则 称为磷光。 10

10 辐射的发射与发射光谱（续） ⚫ 非电磁辐射激发又有热激发与电激发等多种方式。 ⚫ 电弧、火花等放电光源和火焰等通过热运动的粒子 碰撞而使物质激发称为热激发，而通过被电场加速 的电子轰击使物质激发则称为电(子)激发。 ⚫ 电磁辐射激发又称为光致发光，作为激发源的辐射 光子称一次光子，而物质微粒受激后辐射跃迁发射 的光子(二次光子)称为荧光或磷光。 ⚫ 吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短 (10-8~10-4 s)则称为荧光；延误时间较长(10-4~10s)则 称为磷光