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关于荧光、磷光、TADF(热激活延迟荧光)的一些理解
2025/07/05
IP:贵州

最近看到好像有些人分不清荧光和磷光有什么区别,

在这里写一点我自己的想法

以下为我自己的一些理解,如有错漏还请指出,毕竟不是专业人士,只是对这方面稍微有点兴趣,看过一些东西而已。


荧光和磷光(TADF之后再说)在表观上最大的区别就在于余辉的时间不同。一般的,荧光的余辉时长不会超过1ns(10^-6s),而磷光的余辉时长通常在1ms以上。

余辉时长有如此大的差异源自于其发光原理上的区别。

在理解其原理前,首先你需要知道电子的自旋,电子的自旋被分为+1/2和-1/2,亦可↑↓。这两种状态是由薛定谔方程解波函数得来的,+和-并不代表电子所带的电荷,而是波函数的两个相位。而若有两个轨道均分别被一个电子填充的体系,若两电子的自旋方向相反,则我们称其为单重态;而若两电子自旋方向相同,则称其为三重态。在高中我们就学过,对于两个单占轨道,两轨道中的电子更倾向于自旋平行(即三重态的能量更低)。


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我们都知道在电子受外界能量的激发后,会跃迁向更高的能级,而由于在基态时两电子处于同一电子轨道中,自旋方向被迫相反,即为单重态。由于单重态到三重态的跃迁是禁阻的(注意:在光谱学中,禁阻并非是绝对的,只是说较难发生该跃迁,跃迁速度慢。这也是磷光余辉长的原因)。所以再电子受激后,均为从基态的S0(singlet 0)跃迁至能量更高的S1。

荧光是电子受激跃迁至S1后再一次跃迁回S0的过程,由于在此过程中,电子通过振动弛豫损失了一些能量,导致发射的光子能量较低,因此波长较长。

而磷光则是电子跃迁至S1后,通过振动弛损失掉一部分能量,改变电子的自旋方向,而系间跨越到能量上更低的三重激发态 (T1)。此时,电子掉到了一个势阱(不知道这么描述准不准确)中——既难以跃迁回基态(因为该跃迁是禁阻的),又难以回到S1(因为S1能量更高)。所以这就导致了电子被较长时间的困在T1激发态,拥有更长的余辉。同时因为有系间跨越的过程,更多的能量被通过热能的形式辐射出去,导致了磷光的发光波长相较于荧光普遍红移,量子利用率降低。

还用一种受激发光的形式名为TADF(热激活延迟荧光)。TADF的发光原理前几步和磷光一样,都是先到S1再到T1,此时,如果外界给予该体系能量,帮助电子“跳出”势阱,回到S1,再从S1回到S0,即可实现延迟荧光。而这一给予能量的过程通过升温来实现,因而被称为“热激活延迟荧光”。通过这一方法,可以做到在低温下给发光材料紫外光照射,再升温使其发光。

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