定義

發(fā)光體中以某種方式被激發(fā)后，貯存了能量，然后加熱發(fā)光體，使它以光的形式把能量再釋放出來(lái)的發(fā)光現(xiàn)象。

熱釋發(fā)光

熱釋發(fā)光

熱釋發(fā)光材料中含有一定濃度的發(fā)光中心和陷阱，在光或射線粒子激發(fā)下，晶體內(nèi)產(chǎn)生自由電子或空穴，其中一部分被陷阱俘獲。晶體受熱升溫時(shí)，被俘的電子熱激發(fā)成為自由載流子，當(dāng)與電離的發(fā)光中心復(fù)合時(shí)就發(fā)出光來(lái)。發(fā)光強(qiáng)度近似正比于陷阱釋空率（單位時(shí)間、單位體積晶體內(nèi)從陷阱釋放出的載流子數(shù)）和復(fù)合發(fā)光的效率。熱釋發(fā)光的強(qiáng)度隨發(fā)光體的溫度的變化曲線叫熱釋光曲線。測(cè)量時(shí)先在低溫（如液He或液N2溫度）下激發(fā)發(fā)光體。選擇加熱方式，可按分析數(shù)據(jù)的需要采取各種時(shí)間函數(shù)的變化，常用的是線性加熱。當(dāng)發(fā)光體從低溫開始受熱升溫時(shí)，淺陷阱中的電子先受熱激發(fā)到導(dǎo)帶，熱釋光曲線上升，溫度上升到T*時(shí)，曲線出現(xiàn)峰值，陷阱釋空時(shí)，曲線下降。溫度繼續(xù)上升，在另一溫度T*時(shí)，曲線又出現(xiàn)峰值，對(duì)應(yīng)于另一更深的陷阱。從曲線高峰的數(shù)目可推斷陷阱大致分為幾種深度，從高峰位置對(duì)應(yīng)的溫度可估計(jì)陷阱深度。近來(lái)由于測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，可以測(cè)量發(fā)光光譜隨溫度的變化（見圖）。

利用熱釋光曲線研究陷阱是研究固體的一種簡(jiǎn)單而重要的方法，此外，還可利用熱釋發(fā)光現(xiàn)象推斷一些古物的年代。物體受射線輻照時(shí)間越長(zhǎng)，陷阱中俘獲的電子數(shù)越多，熱釋發(fā)光光和（熱釋發(fā)光曲線下面的面積）也越大，因此能反映發(fā)光體受輻照的歷史。測(cè)量樣品的熱釋發(fā)光光和并與參照樣品作比較，原則上可推斷化石等樣品的年代。熱釋發(fā)光及光釋發(fā)光現(xiàn)象作用相同，都是釋放陷阱電子，利用熱釋發(fā)光也可制作劑量計(jì)。

應(yīng)用

熱釋發(fā)光

某些發(fā)光材料，在較低溫度下被激發(fā)，激發(fā)停止后，發(fā)光很快消失，當(dāng)溫度升高時(shí)，其發(fā)光強(qiáng)度又逐漸增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱熱釋發(fā)光(簡(jiǎn)稱熱釋光).記錄發(fā)光強(qiáng)度隨溫度的變化，得到的曲線就是熱釋光譜(也稱熱釋光曲線).材料之所以出現(xiàn)熱釋發(fā)光現(xiàn)象，是因?yàn)椴牧辖麕е写嬖诘南葳迥軌蚍@電子，電子從陷阱中獲釋的概率P正比于exp(-E/kT).顯然，隨溫度升高，電子獲釋概率增大，發(fā)光隨之增強(qiáng)。另一方面，由于電子的釋出，陷阱中的電子數(shù)減少，當(dāng)溫度達(dá)到某一值后，發(fā)光逐漸減弱，這樣就在熱釋光譜上形成了一個(gè)熱釋光峰。熱釋光現(xiàn)象與材料中的電子陷阱密切相聯(lián)，利用熱釋光法可以研究發(fā)光材料中的陷阱，因此，這種方法被廣泛地應(yīng)用在放射線和X射線發(fā)光材料的研究中。事實(shí)上，陷阱在不含放射性物質(zhì)的長(zhǎng)余輝材料發(fā)光中也起著重要的作用，因此可以用熱釋光法來(lái)研究這些材料.

利用熱釋光曲線計(jì)算陷阱的深度，除半寬法之外，還有很多其他方法，如初始上升法、分段加熱發(fā)光法等。無(wú)論用哪種方法，都只是理論上的一種近似。如果不知道固體中電子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，僅從熱釋光曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)得到精確的陷阱深度是很困難的。盡管如此，熱釋光法仍是一種研究材料中陷阱的有效方法，它可以直觀地反映不同材料中陷阱的相對(duì)深度，并且可以用熱釋光法來(lái)檢驗(yàn)其他方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

熱釋光峰與余輝的比較

材　　料

熱釋光峰/K?余輝/min?陷阱深度/eV

ZnS∶Cu?323?200～400?0.39

SrAl2O4∶Eu(Mg)?343?1?000?0.53

SrAl2O4∶Eu?391、429?3?000?0.67、1.13

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，ZnS∶Cu、SrAl2O4∶Eu、SrAl2O4∶Eu(Mg)三種材料的熱釋光峰對(duì)應(yīng)的溫度值各不相同，余輝長(zhǎng)短也不相同。其中ZnS∶Cu的熱釋光峰對(duì)應(yīng)溫度最低，余輝也最短；而SrAl2O4∶Eu有兩個(gè)熱釋光峰，峰值對(duì)應(yīng)的溫度，其余輝最長(zhǎng)，達(dá)3?000?min，并存在兩種不同深度的陷阱；SrAl2O4∶Eu(Mg)這種材料的熱釋光峰和余輝都居中。材料的熱釋光峰對(duì)應(yīng)溫度值越高，其余輝也越長(zhǎng)，這和理論上的分析是一致的。熱釋光峰對(duì)應(yīng)溫度值越高，材料中的陷阱越深，電子從中獲釋的概率越小，復(fù)合發(fā)光所需的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)光維持的時(shí)間也越長(zhǎng)。從宏觀看材料的復(fù)合發(fā)光衰減余輝長(zhǎng).

除不同類材料之間存在這種規(guī)律外，同一類材料，由于各成份濃度、制備工藝等的不同，其熱釋光譜和余輝時(shí)間也不相同［2，3］.如1971年Abbruscato制備過(guò)鋁的SrAl2O4∶Eu，其熱釋光峰對(duì)應(yīng)的溫度值位于200?K，余輝時(shí)間為20?s.1993年日本的松盡隆嗣得到了熱釋光峰對(duì)應(yīng)溫度值為353?K，余輝時(shí)間為2?000?min的SrAl2O4∶Eu材料。而我們制備的SrAl2O4∶Eu有兩個(gè)熱釋光峰，對(duì)應(yīng)溫度值分別為391?K和429?K，其余光長(zhǎng)達(dá)3?000?min以上，這個(gè)結(jié)果與唐明道［4］等測(cè)得的結(jié)果是基本相同的。熱釋光峰對(duì)應(yīng)的溫度值越高，陷阱越深，余輝也越長(zhǎng).

從以上的討論看出，用熱釋光法研究長(zhǎng)余輝材料，可以很好地了解材料中陷阱的相對(duì)深度，從而為研究長(zhǎng)余輝材料的微觀結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)很好的導(dǎo)向和證明方法，也為研究新型長(zhǎng)余輝材料提供了可靠的依據(jù).

結(jié)論

熱釋發(fā)光

通過(guò)對(duì)ZnS∶Cu、SrAl2O4∶Eu、SrAl2O4∶Eu(Mg)三種材料熱釋光譜、余輝時(shí)間的測(cè)量和比較，可以看出材料的熱釋光峰對(duì)應(yīng)的溫度值高，余輝也長(zhǎng)，說(shuō)明材料中的陷阱深度是決定其余輝長(zhǎng)短的主要因素。同時(shí)證明了熱釋光法是研究長(zhǎng)余輝材料的有效手段.

熱釋發(fā)光的雙分子過(guò)程

利用熱釋光曲線可以近似計(jì)算陷阱的深度。對(duì)于長(zhǎng)余輝材料，可認(rèn)為釋光為雙分子過(guò)程，則有

雙分子過(guò)程

其中　s為頻率系數(shù)，n為陷阱電子濃度，E為陷阱深度，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，A0為復(fù)合率，A為俘獲概率，υ為陷阱總數(shù)。假定n《υ，則式(2)可變?yōu)?p>

雙分子過(guò)程

將式(1)、式(3)中的常數(shù)部分用一個(gè)字母C表示，則兩式可寫成如下形式

雙分子過(guò)程

測(cè)定的過(guò)程中，加熱速率不變，故代入上式積分得

雙分子過(guò)程

其中T0為激發(fā)時(shí)溫度，n0是T＝T0時(shí)的n值。將式(5)代入

雙分子過(guò)程

得

雙分子過(guò)程

熱釋光曲線峰值溫度Tm處，有

雙分子過(guò)程

，得

雙分子過(guò)程

由于

雙分子過(guò)程

，式中Im為發(fā)光強(qiáng)度的峰值，Lm為峰值的光和。所以有

雙分子過(guò)程

假定向下降那邊(或向上升那邊)的半個(gè)熱釋光峰的面積等于有同樣高度、半寬度的三角形的面積，可寫成Lm=Imδt.δt是以時(shí)間為單位的后(或前)半個(gè)峰的寬度。由δt=δ/β得：δIm=βLm，其中δ=T2-Tm，T2是相應(yīng)于峰值強(qiáng)度一半處的溫度(沿下降邊或上升邊)，代入式(8)，得到陷阱能級(jí)深度

雙分子過(guò)程

式中k為波爾茲曼常數(shù)，Tm為熱釋光曲線峰對(duì)應(yīng)的溫度值。這種計(jì)算陷阱深度的方法稱為半寬法.

利用熱釋光曲線計(jì)算陷阱的深度，除半寬法之外，還有很多其他方法，如初始上升法、分段加熱發(fā)光法等。無(wú)論用哪種方法，都只是理論上的一種近似。如果不知道固體中電子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，僅從熱釋光曲線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)得到精確的陷阱深度是很困難的。盡管如此，熱釋光法仍是一種研究材料中陷阱的有效方法，它可以直觀地反映不同材料中陷阱的相對(duì)深度，并且可以用熱釋光法來(lái)檢驗(yàn)其他方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

參考書目

中國(guó)科學(xué)院吉林物理所、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)固體發(fā)光編寫組：《固體發(fā)光》，中國(guó)科技大學(xué)出版，1976。

D. Curie,Luminescence in Crystals, Methuen, London,1963.