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，被俘的電子熱激發(fā)成為自由載流子，當與電離的發(fā)光中心復合時就發(fā)出光來。發(fā)光強度近似正比于陷阱釋空率（單位時間、單位體積晶體內(nèi)從陷阱釋放出的載流子數(shù)）和復合發(fā)光的效率。熱釋發(fā)光的強度隨發(fā)光體的溫度的變化曲線叫熱釋光曲線。測量時先在低溫（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)的需要采取各種時間函數(shù)的變化，常用的是線性加熱。當發(fā)光體從低溫開始受熱升溫時，淺陷阱中的電子先受熱激發(fā)到導帶，熱釋光曲線上升，溫度上升到T*時，曲線出現(xiàn)峰值，陷阱釋空時，曲線下降。溫度繼續(xù)上升，在另一溫度T*時，曲線又出現(xiàn)峰值，對應于另一更深的陷阱。從曲線高峰的數(shù)目可推斷陷阱大致分為幾種深度，從高峰位置對應的溫度可估計陷阱深度。近來由于測試技術的進步，可以測量發(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。物體受射線輻照時間越長，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。

應用

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，當溫度升高時，其發(fā)光強度又逐漸增強，這種現(xiàn)象稱熱釋發(fā)光(簡稱熱釋光).記錄發(fā)光強度隨溫度的變化，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，是因為材料禁帶中存在的陷阱能夠俘獲電子，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。另一方面，由于電子的釋出，陷阱中的電子數(shù)減少，當溫度達到某一值后，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用在放射線和X射線發(fā)光材料的研究中。事實上，陷阱在不含放射性物質(zhì)的長余輝材料發(fā)光中也起著重要的作用，因此可以用熱釋光法來研究這些材料.

利用熱釋光曲線計算陷阱的深度，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力學過程，僅從熱釋光曲線的實驗結果來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深度，并且可以用熱釋光法來檢驗其他方法得到的實驗數(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

從實驗結果可以看出，ZnS∶Cu、SrAl2O4∶Eu、SrAl2O4∶Eu(Mg)三種材料的熱釋光峰對應的溫度值各不相同，余輝長短也不相同。其中ZnS∶Cu的熱釋光峰對應溫度最低，余輝也最短；而SrAl2O4∶Eu有兩個熱釋光峰，峰值對應的溫度，其余輝最長，達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。材料的熱釋光峰對應溫度值越高，其余輝也越長，這和理論上的分析是一致的。熱釋光峰對應溫度值越高，材料中的陷阱越深，電子從中獲釋的概率越小，復合發(fā)光所需的時間越長，發(fā)光維持的時間也越長。從宏觀看材料的復合發(fā)光衰減余輝長.

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間也不相同［2，3］.如1971年Abbruscato制備過鋁的SrAl2O4∶Eu，其熱釋光峰對應的溫度值位于200?K，余輝時間為20?s.1993年日本的松盡隆嗣得到了熱釋光峰對應溫度值為353?K，余輝時間為2?000?min的SrAl2O4∶Eu材料。而我們制備的SrAl2O4∶Eu有兩個熱釋光峰，對應溫度值分別為391?K和429?K，其余光長達3?000?min以上，這個結果與唐明道［4］等測得的結果是基本相同的。熱釋光峰對應的溫度值越高，陷阱越深，余輝也越長.

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

結論

熱釋發(fā)光

通過對ZnS∶Cu、SrAl2O4∶Eu、SrAl2O4∶Eu(Mg)三種材料熱釋光譜、余輝時間的測量和比較，可以看出材料的熱釋光峰對應的溫度值高，余輝也長，說明材料中的陷阱深度是決定其余輝長短的主要因素。同時證明了熱釋光法是研究長余輝材料的有效手段.

熱釋發(fā)光的雙分子過程

利用熱釋光曲線可以近似計算陷阱的深度。對于長余輝材料，可認為釋光為雙分子過程，則有

雙分子過程

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為絕對溫度，A0為復合率，A為俘獲概率，υ為陷阱總數(shù)。假定n《υ，則式(2)可變?yōu)?p>

雙分子過程

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

雙分子過程

測定的過程中，加熱速率不變，故代入上式積分得

雙分子過程

其中T0為激發(fā)時溫度，n0是T＝T0時的n值。將式(5)代入

雙分子過程

得

雙分子過程

熱釋光曲線峰值溫度Tm處，有

雙分子過程

，得

雙分子過程

由于

雙分子過程

，式中Im為發(fā)光強度的峰值，Lm為峰值的光和。所以有

雙分子過程

假定向下降那邊(或向上升那邊)的半個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是以時間為單位的后(或前)半個峰的寬度。由δt=δ/β得：δIm=βLm，其中δ=T2-Tm，T2是相應于峰值強度一半處的溫度(沿下降邊或上升邊)，代入式(8)，得到陷阱能級深度

雙分子過程

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

利用熱釋光曲線計算陷阱的深度，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力學過程，僅從熱釋光曲線的實驗結果來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深度，并且可以用熱釋光法來檢驗其他方法得到的實驗數(shù)據(jù)

參考書目

中國科學院吉林物理所、中國科學技術大學固體發(fā)光編寫組：《固體發(fā)光》，中國科技大學出版，1976。

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