《材料测试技术及方法》课程教学资源（讲稿）03 第一篇 第二章 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

2 3 10s 1min 5min 5min 5min 5min Direct sunlight 400nm495nm 590nm 5min Excited in air Excited insalt water b 24h 120h Nature Materials 2012;11:58 240h h Zn3Ga2Ge2010:0.5%Cr3+ 360h

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

③ ② 4T(te2) ④ ⑥ 4T(t2e) ⑦ 4T2/2E Electron traps ⑤ ① AA2 Cr3+

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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#、俄歌电 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 学时 讲授2学时，自学大于6学时

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 学时 讲授2学时，自学大于6学时

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 1 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。 1 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。 1 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-E1 1式中：E,与E,一高能级与低能级能量。 1 辐射（能量）被吸收的程度（一般用吸光度）与口或口的关系（曲 线)，即辐射被吸收程度对口或口的分布称为吸收光谱

7 1. 辐射的吸收与吸收光谱 l 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。 l 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。 l 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 l 式中：E2与E1——高能级与低能级能量。 l 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： 中心频率口。（峰值频率）： 最大吸收系数对应的频率； 中心波长：2(nm) 半宽度：△·

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 1 辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 1 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。 1发射的电磁辐射频率取决于辐射前后两个能级的能量 (E,与E)之差，即 AE E2-E 1 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 l 辐射的发射是指物质吸收能量后产生电磁辐射的现象。 l 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。 l 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 l 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。 1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。 1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。 1吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短(10 8~104s)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） l 非电磁辐射激发又有热激发与电激发等多种方式。 l 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。 l 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。 l 吸收一次光子与发射二次光子之间延误时间很短(10- 8~10-4s)则称为荧光；延误时间较长(10-4~10s)则称为 磷光