晶体缺陷与色心产生的颜色.ppt

第八章晶体缺陷和色心产生的颜色、8.1晶体结构的周期性和晶格的结构特征8.1.1离子晶体是由粒子(原子、离子、分子)按照一定的规则在三维空间中周期性排列而成的固体。离子晶体是负离子的一种密集聚集，正离子以一定比例填充空隙。正负离子的半径比决定了离子晶体的结构类型。当理想晶体和实际晶体严格按照晶格的周期性排列在三维空间中时，它们被称为理想晶体。实际晶体中存在一些缺陷，如点缺陷、线缺陷、表面缺陷等。点缺陷包括空位、杂质原子、间隙原子、位错原子、价原子等。8.2色心和一些晶体的颜色，8.2.1色心1。奇怪的实验现象无色的氟化钙(俗称萤石)没有任何杂质，是从过量的钙或含钡、钾、钠等金属中结晶出来的。晶体暴露在钙蒸汽中，通过辐射会产生颜色。然而，暴露在氟蒸汽中，无论如何照射，都不会产生颜色！这个古老的玻璃瓶在沙漠中长时间受到紫外线辐射，10年后也会产生诱人的紫色，加热后，紫色会褪色；在高能辐射的照射下，几分钟内可以产生更深的紫色。新开采的矿物在阳光照射下会发生一系列颜色变化。任何颜色的变化都离不开能级和吸收态的变化。色心(1)色心的概念实际晶体中的“缺陷”导致电子运动的可能性。晶体缺陷(自然或光照射)引起的电子位移产生光吸收并形成颜色，称为色心。氟化钙在金属蒸汽中结晶。过量金属的作用是作为产生卤素缺乏的一种手段，即正电荷的过量导致产生空穴的负离子的相对缺乏，空穴可以捕获电子并形成色心。(2)离子晶体中的Frenkel缺陷：超出正常位置，导致空位；然后将其插入另一个异常位置，导致间隙填充和一对缺陷。一对正负离子移动到晶体表面或其他位置，留下一对空位。电荷诱导缺陷：纳米铝熔体中加入Ca2，相当于形成一个钠腔。为了保持电中性，填充间隙的氯离子；如果O2-取代C1-时，电荷补偿需要填充间隙的钠。晶体生长的特定系统和特定条件决定了保持电中性的方式。颜色中心也有不同的组合。正是这些看似不完美的缺陷给我们带来了神秘的色彩！8.2.2颜色中心1的颜色生成机制。色心产生的高能量辐射将电子从全带激发到空带，带隙为520eV(不产生颜色)。进入空带的电子很容易被能量为ea的空穴俘获，被光吸收并产生相应的颜色。电子热运动增加能量，导致俘获电子的释放。电子返回到空带，并立即返回到原来的满带，即“漂白”漂白能量Eb大于Ea，Ea决定着褪色的温度。在天然色心：晶体形成过程中，存在一些放射性元素，色心是由环境辐射产生的。人工颜色中心：在被人类操作照射后几分钟内就能产生颜色。2.色心：的稳定性是在强烈阳光下的稳定色心，几年内基本不变色。在同样的条件下，如果几周内发生褪色，那就是色心不稳定。稳定的色心只能通过加热漂白，不稳定的色心可以通过光照或低温漂白。一些色心是可逆的，在黑暗中形成。见照片漂白。8.2.3颜色中心产生颜色的示例。1.烟雾晶体是二氧化硅矿物的单晶。高透明度。每10，000个Si4中有一个被Al3取代。当用几千电子伏的x光照射时，会发生深褐色、灰色甚至黑色的变化。形成的物质叫做烟晶。当加热到400时，颜色消失，然后被照射，颜色恢复。用1.17电子伏和1.33电子伏的辐射照射无色晶体高能辐射使含有更多价电子的O2释放出一个电子，即AlO45-变成AlO44-形成色心(空穴中心)，AlO44-原子团吸收可见光产生烟晶体的颜色。氢俘获电子变成氢，不吸收可见光，也没有颜色。加热时，氢释放电子，AlO44-接受电子，然后褪色。2.含Fe3的无定形晶体呈浅黄色。当受到高能辐射照射时，FeO 45-照射FeO 44-e-e-h与前面的原理相同，失去电子的原子团也形成一个空腔中心，而FeO 44-原子团吸收可见光产生强烈的紫色。加热、电子释放和紫色消失是可逆的。然而，温度不应太高(约400，最稳定的色心不超过700)，否则晶体结构将发生不可逆的变化。3。如果水晶解理石(紫水晶)矿物方钠石(Na4Al3Si3012Cl)中的部分氯被硫取代，新开采的颜色为深品