第四章材料的学性能材料物理.ppt

工艺瓷（骨灰瓷和硬瓷）：半透明性是其主要的鉴定指标。 构成相：玻璃（折射率接近1.5），莫来石（折射率1.64）和石英。其中莫来石对于散射和降低半透明性起着主要作用。增加玻璃含量，减少莫来石的量，可提高半透明性。 改善半透明性的措施 降低气孔含量，使焙烧温度足够高； 调整各相的折射率，使之匹配较好，以减少散射，增加漫透射。 液相（折射率1.56）+莫来石+石英=骨灰瓷 §4.5 其它光学性能的应用 一、发光材料 二、荧光材料 三、激光材料 四、电光与声光材料 五、光通讯材料 一、发光材料 光的发射是物体中电子从高能态到低能态的跃迁产生的，物体要发光，首先就得使物体中的电子处于高能态。 1. 发光 白炽灯丝2000℃ 光与热相伴而行 要靠辐射有效地产生可见光，物体的温度必须足够高！ 热辐射决定于物体的温度，是一种普遍存在的现象。 太阳表面5800℃ 冷光 不需要提高物体的温度，是物体在某种外界条件的刺激下偏离热平衡状态时由激发态到基态的跃迁所产生的辐射。是一种非平衡辐射。 以某种方式将能量传递给物体使电子提升到一定高能态的过程，称为激发过程。发光就是将所吸收的激发能转化为光辐射的过程。 能量来源：物理能、机械能、化学能、生物能等; 相应地有：物理发光、机械发光、化学发光、生物发光等。 2. 自发发光与受迫发光 自发发光：受激发的粒子（如电子），受粒子内部电场作用从激发态A而回到基态G时的发光。 受迫发光：受激发的电子只有在外界因素的影响下才发光。 3. 材料的发光特征 颜色特征 不同的发光材料有着不同的发光颜色。 发光强度特征 发光强度代表发射光的能量，是一个客观数值；发光的亮度是人眼的感觉，是主观判断的结果，其中包含了眼睛对不同颜色视觉的差别。 发光持续时间特征 规定当激发停止时，其发光亮度L衰减到初始亮度L0的10%时所经历的时间为余辉时间，简称余辉。 人眼能够感觉到余辉的长发光期间者为磷光； 人眼感觉不到余辉的短发光期间者为荧光。 荧光与磷光无严格区别。 4. 发光材料分类（按激发方式来分） 光致发光材料 发光材料在光（紫外光、红外光、可见光等）照射下激发发光。 电致发光材料 发光材料在电场或电流作用下的激发发光。 发光材料在电子束或其它射线束的轰击下的激发发光。 发光材料在热作用下的激发发光。 发光材料在等离子体的作用下的激发发光。 射线致发光材料 热致发光材料 等离子发光材料 二、荧光材料 电子从激发态向低能态的跃迁时，若伴随有热量向周围的传递或辐射，此过程中发射的光为荧光或磷光，取决于激发和发射之间的时间。 荧光材料的光发射主要受其中的杂质影响，低浓度的杂质就可起到激活剂的作用。 应用： 荧光灯 工作原理：汞蒸气和惰性气体混合气体中的放电电能?光辐射 激发放电管壁上的荧光剂 阴极射线管 荧光屏 闪烁计数器 工作原理：电子束激发荧光剂 彩色电视：采用不同的荧光剂，电子束激发，产生不同频率范围的光的发射，这样不同的颜色就形成彩色。对于这种电子扫描显示屏幕，荧光剂的衰减时间是个重要的性能参数。 三、激光材料 激光材料由基质和激活离子组成，基质的作用主要是为激活离子（发光中心）提供一个合适的晶格场，使其产生受激发射。 基质：氧化物及氟化物晶体 Al2O3、Y3Al5O15、YAlO3 BaF、SrF、YLiF 激活离子：作为激活中心的少量掺杂离子 主要是过渡金属离子和3价稀土离子等。 方向性好，亮度高，能量集中 单色性好 相干性好 激光传递信息的容量大 激光特点： 激光器模型： 常见的激光材料及其应用： 红宝石CrAl2O3激光器：激光加工、激光测距、激光医疗器械 掺w(Nd)?1%的钇铝石榴石单晶（Y3Al5O15） 掺Nd3＋离子的激光玻璃：光通讯的光纤放大器、医学 三、电光与声光材料 电光效应：外加电场作用引起材料光折射率或光吸收变化的效应。 外加电场：静电场、微波电场、光学电磁场 利用电场、磁场或外加应力来调整材料的光学性能，使之按规定的方式与光学信号相互作用。 1. 电光材料 电光材料：利用材料的电光效应可实现对光波强度、相位、频率、偏振和传播方向的控制。 电光效应随着外加电场呈线性或二次方变化。 光调制器、光开关、光双稳态、光空间调制器、光显示器、光波导器件等 常见的电光材料及其应用： LiNbO3、LiTaO3、Ca2Nb2O7、SrxBa1-xNb2O6、KH2PO4等 声光效应：声波是一种弹性应变波，当其通过介质时，将引起材料的弹性变形，从而引起材料折射率随时间和空间的周期变化，