光致發光

光致發光（Photoluminescence，簡稱PL）是冷發光的一種，指物質吸收光子（或電磁波）後重新輻射出光子（或電磁波）的過程。從量子力學理論上，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發態後返回低能態，同時放出光子的過程。光致發光可按延遲時間分為螢光（fluorescence）和磷光（phosphorescence）。

光致發光是一種探測材料電子結構的方法，它與材料無接觸且不損壞材料。光直接照射到材料上，被材料吸收並將多餘能量傳遞給材料，這個過程叫做光激發。這些多餘的能量可以通過發光的形式消耗掉。由於光激發而發光的過程叫做光致發光。光致發光的光譜結構和光強是測量許多重要材料的直接手段。

光激發導致材料內部的電子躍遷到允許的激發態。當這些電子回到他們的熱平衡態時，多餘的能量可以通過發光過程和非輻射過程釋放。光致發光輻射光的能量是與兩個電子態間不同的能級差相聯繫的，這其中涉及到了激發態與平衡態之間的躍遷。激發光的數量是與輻射過程的貢獻相聯繫的。

光致發光可以應用於：帶隙檢測、雜質等級和缺陷檢測、複合機制以及材料品質鑑定。

光致發光材料

常見的具有光致發光的化合物見下表：

化合物	化學式	激發光	發射光	註釋
鐠(III)化合物	Pr³⁺			躍遷： ¹D₂ → ³F₄（1000 nm） ¹D₂ → ¹G₄（1440 nm） ¹D₂ → ³H₄（600 nm），¹D₂ → ³H₅（690 nm） ³P₀ → ³H_4–6（490, 545, 615, 640 nm），³P₀ → ³F_2–4（700, 725 nm）^[1]
釹(III)化合物	Nd³⁺			⁴F_3/2 → ⁴I_{9/2 – 13/2}（900, 1060, 1350 nm）^[1]
釤(III)化合物	Sm³⁺			⁴G_5/2 → ⁶H_{5/2 – 13/2}（560, 595, 640, 700, 775 nm） ⁴G_5/2 → ⁶F_{1/2 – 9/2}（870, 887, 926, 1010, 1150 nm）^[1]
銪(II)化合物	Eu²⁺	紫外光	藍光^[2]
銪(III)化合物	Eu³⁺	紫外光	紅光	特徵峰的位置、強度及說明： ⁵D₀ → ⁷F₀（570~585 nm），很弱至強，僅在C_n、C_nv和C_s對稱性中觀測到 ⁵D₀ → ⁷F₁（585~600 nm），強，強度很大程度上和（配位）環境相關 ⁵D₀ → ⁷F₂（610~630 nm），強至很強，躍遷敏感，峰很強，和環境相關 ⁵D₀ → ⁷F₃（640~660 nm），很弱至弱，禁帶躍遷 ⁵D₀ → ⁷F₄（680~710 nm），中至強，強度和環境相關，但不敏感 ⁵D₀ → ⁷F₅（740~770 nm），很弱，禁帶躍遷 ⁵D₀ → ⁷F₆（810~840 nm），很弱至中，很少測量/觀測^[3]
硫酸銪	Eu₂(SO₄)₃	394 nm	紅光	⁵D₀ → ⁷F₀（580 nm） ⁵D₀ → ⁷F₁（590 nm） ⁵D₀ → ⁷F₂（614 nm），強 ⁵D₀ → ⁷F₃（652 nm） ⁵D₀ → ⁷F₄（697 nm）^[4]
硫酸銪四水合物	Eu₂(H₂O)₄(SO₄)₃	306 nm	紅光	⁵D₀ → ⁷F₁（592 nm），中 ⁵D₀ → ⁷F₂（616 nm），強 ⁵D₀ → ⁷F₃（652.5 nm），弱 ⁵D₀ → ⁷F₄（698.5 nm），弱^[5]
釓(III)化合物	Gd³⁺			⁶P_7/2 → ⁸S_7/2（315 nm）^[1]
鋱(III)化合物	Tb³⁺	紫外光	綠光	⁵D₄ → ⁷F_6–0（490, 540, 580, 620, 650, 660, 675 nm）^[1]
硫酸鋱	Tb₂(SO₄)₃	紫外光	綠光	特徵峰545 nm^[6]
乙酸鋱四水合物	[Tb₂(CH₃COO)₆(H₂O)₄]·4H₂O	369 nm	綠光	⁵D₄ → ⁷F₆（488 nm） ⁵D₄ → ⁷F₅（543 nm），強峰 ⁵D₄ → ⁷F₄（583 nm） ⁵D₄ → ⁷F₃（621 nm）^[7]
鏑(III)化合物	Dy³⁺			⁴F_9/2 → ⁶H_{15/2 – 9/2}（475, 570, 660, 750 nm） ⁴I_15/2 → ⁶H_{15/2 – 9/2}（455, 540, 615, 695 nm）^[1]
鈥(III)化合物	Ho³⁺			⁵S₂ → ⁵I₈（545 nm） ⁵S₂ → ⁵I₇（750 nm） ⁵F₅ → ⁵I₈（650 nm） ⁵F₅ → ⁵I₇（965 nm）^[1]
鉺(III)化合物	Er³⁺			⁴S_3/2 → ⁴I_15/2（545 nm） ⁴S_3/2 → ⁴I_13/2（850 nm） ⁴F_9/2 → ⁴I_15/2（660 nm） ⁴I_9/2 → ⁴I_15/2（810 nm） ⁴I_13/2 → ⁴I_15/2（1540 nm）^[1]
銩(III)化合物	Tm³⁺			¹D₂ → ³F₄（450 nm） ¹D₂ → ³H₄（650 nm） ¹D₂ → ³F₃（740 nm） ¹D₂ → ³F₂（775 nm） ¹G₄ → ³H₆（470 nm） ¹G₄ → ³F₄（650 nm） ¹G₄ → ³H₅（770 nm） ³H₄ → ³H₆（800 nm）^[1]
鐿(III)化合物	Yb³⁺			²F_5/2 → ²F_7/2（980 nm）^[1]
四碘化四吡啶合四銅	Cu₄I₄(R-py)₄	366 nm	R=H，黃（紫） R=3,4-二甲基，紅（紫） R=2,4,6-三甲基，綠（淡綠） R=2-甲基-5-乙基，碧綠（藍） R=3-甲氧羰基，無光（綠）	括號外為25 °C時的光致發光，括號內為−196 °C的發光^[8]

參考文獻

^ ^1.00 ^1.01 ^1.02 ^1.03 ^1.04 ^1.05 ^1.06 ^1.07 ^1.08 ^1.09 de Bettencourt-Dias, A. Luminescence of Lanthanide Ions in Coordination Compounds and Nanomaterials. Wiley. 2014: 11 [2021-10-20]. ISBN 978-1-119-95083-7. （原始內容存檔於2021-10-20）.
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參見

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