光致发光（Photoluminescence），这个词是由拉丁词源luminescence(发光)和希腊前缀photo(光)组合而成的。顾名思义，光致发光(PL)是指物质吸收另一个光源的能量，受到激发后，自身发射光子的现象。吸收和发射之间的时间间隔，可能是几毫秒，也可能是几分钟甚至更多。发射光子的亮度和寿命也会因激发程度的不同而不同。建筑物紧急通道处的安全指示牌，是我们日常生活中最常见的光致发光现象，它不需要电力即可在黑暗中发光。在停电（黑暗）或者火灾（有烟）等紧急情况下，它会立即亮起指示安全出口。

将任何光子吸收诱导的光发射描述为光致发光是准确的；然而，尤其是化学家通常将光致发光进一步细分为荧光和磷光。

1)荧光

荧光被定义为从之前吸收了能量或电磁辐射的物质中发射光线的过程，是物质光激发后不久发生的瞬时光致发光，这种光发射是自发发生的，因此它是发光的一种类型。发出的光通常比吸收的光具有更长的波长。这也意味着发射的光的能量比吸收的光的能量要低。这种波长的差异被称为斯托克位移。在荧光中，当物质以光子的形式吸收光时，物质中的原子被激发而发生光发射。但由于高能态是不稳定的，电子通过发射光子释放回基态，可以在物质上看到发光。吸收的能量通常在很短的时间内以发光的形式释放出来，大约是10^-8秒，这意味着我们只要移开引起激发的辐射源就可以观察到荧光。荧光在不同领域都有应用，如矿物学、宝石学、化学传感器、生化研究、医学、染料、生物探测器、荧光灯生产等。我们还可以看到荧光是矿物中的一个自然过程。这些发生在自然界的荧光物质具有广泛的激发和发射光谱。

2)磷光

磷光是一种像荧光一样的发光现象，物质被暴露在短波长的光线下导致物质发光，是光激发停止后持续很长时间的长寿命光致发光。在这个过程中，该物质吸收光并以较长的波长重新发射。即使在辐射源被移除后，光的发射仍会持续很长时间。磷光可以由于两种不同的机制而发生：三联体磷光和持久性磷光。当一个高能量的光子被原子吸收时，就会发生三重磷光。持续性磷光发生在高能光子被原子吸收时，这导致原子的电子被困在晶体或非晶体材料晶格的缺陷中。与荧光相比，磷光是一个非常缓慢的过程，因为电子从激发态衰变到基态的速度减慢。可以用普通灯泡或自然光 "充电 "的 "夜光 "玩具，然后在几分钟甚至几小时内发光，是磷光材料的常见例子。

3)应用

光致发光光谱具有操作设备简单、无破坏性、分辨力高以及对样品尺寸无严格要求等优点。与此同时，它也有缺点：光致发光光谱通常只能做定性分析，而不作定量分析。

• 日光灯应用：日常生活中，最常见的光致发光应用当属家家都有的日光灯了。通过将日光灯管两端加上高电压，大量电子以极大的速度由低电势端向高电势端运动。日光灯的效率约为白炽灯的5倍，而且其内部产生的紫外线不会对人体有害，属于一种安全无污染的高效光源。

• 无损的测试方法：光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。光致发光光谱可以用来研究晶体缺陷，例如原子空位和取代，这对于像金刚石和碳化硅(SiC)这样的材料尤其重要。此外，光致发光还可用于表征材料的发光性能；

• 杂质识别：通过测量材料的光致发光光谱，标定特征谱线的位置，可以识别材料中的杂质元素，以及对杂质浓度进行测定等；

• 生命科学：光致发光(尤其是荧光成像)经常被用于生物科学，比如通过荧光标记法来演示染色体分裂过程等生物现象，又如神经纤维的末梢可以吸收很多荧光化合物或荧光染料, 经轴突逆向运输到细胞体内, 从而建立逆行荧光标记法。

阴极荧光CL（Cathodoluminescene）是利用电子束轰击氧化物或者半导体材料后，导致带隙或者缺陷位置中电子跃迁，从而辐射紫外、可见或红外光一种光谱技术。

1)成像

阴极发光最通常在扫描电子显微镜中进行。在装有您感兴趣的样本的真空室中，电子束聚焦在样本上。 然后，样本在电子束作用下所产生的光必须用收集光学器件（例如反射镜或物镜）采集，或由腔室内的阴极发光检测器直接捕获。当通过光学元件收集光时，光会被导向至一个光检测元件，例如光电倍增管（PMT），光谱仪或照相机。

2)应用

利用CL与扫描电镜结合，电子束斑极小，因而可以实现nm级别空间分辨率，对于研究材料中亚纳米级别缺陷分布、载流子动力学和能带结构具有较大的优势。

• LED的性能和可靠性：电子束轰击样品表面致发光，测量一定时间内的荧光平均信号；

• GaN功率晶体管：测量样品发光信号收集率；

• 线位错密度（TDD）：样品位错导致发光性能改变，测量样品一定区域内发光光谱的Mapping成像，暗区密度即位错密度；

• 太阳能电池效率:测量样品发光信号收集率；

• 材料中微量元素检测：利用微量元素掺入材料基体会引入缺陷能级，在电子束轰击下会导致CL谱发生，对于微量元素极其灵敏，远高于EDS。

化学发光是物质在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象，可以分为直接发光和间接发光。直接发光是最简单的化学发光反应，有两个关键步骤组成：即激发和辐射。如A、B两种物质发生化学反应生成C物质，反应释放的能量被C物质的分子吸收并跃迁至激发态C*，处于激发的C在回到基态的过程中产生光辐射。这里C是发光体，此过程中由于C直接参与反应，故称直接化学发光。 间接发光又称能量转移化学发光，它主要由三个步骤组成：首先反应物A和B反应生成激发态中间体C*（能量给予体）；当C分解时释放出能量转移给F（能量接受体），使F被激发而跃迁至激发态F；最后，当F*跃迁回基态时，产生发光。

1)生物发光

生物发光（Bioluminescence）是一种生物体内合成的化学物质在特定酶的作用下，将生物化学能几乎全部转化为光能的化学发光现象。它广泛存在于自然界的生物有机体中，例如一些昆虫、海洋生物、真菌、细菌等。目前已经被发现的生物发光体系有30多种。

2)电化学发光

电化学发光是化学发光方法与电化学方法相互结合的产物，是指通过电化学方法来产生一些特殊的物质，然后这些电生的物质之间或电生物质与其它物质之间进一步反应而产生的一种发光现象。

电化学发光保留了化学发光方法所具有的灵敏度高、线性范围宽、观察方便和仪器简单等优点；同物时具有许多化学发光方法无法比拟的优点，如重现性好、试剂稳定、控制容易和一些试剂可以重复使用等优点，广泛地应用于生物、医学、药学、临床、环境、食品、免疫和核酸杂交分析和工业分析等领域。在21世纪中必将继续为解决人类面临的各种重大问题发挥更加显著的作用。因此有必要对电化学发光在分析中的应用有更加全面的了解。

3)热致辐射

热致辐射（Thermal Radiation）是指由于物体的温度而发出的电磁辐射，通常称为热辐射。当一个物体温度升高，内部粒子的热运动增强，这种运动会引起带电粒子的加速，从而发出电磁波。任何温度高于绝对零度（0 K, -273.15°C）的物体都会发出这种辐射。

4)晶溶发光

晶溶发光（Lyoluminescence，简称LL）是一种特殊的发光现象，指的是某些晶体在溶解于溶剂（尤其是水）的过程中发出可见光的现象。它属于化学发光的一种特殊类型，与晶体自身的辐射历史密切相关。

 辐射诱导缺陷形成： 晶体（如糖、氨基酸、盐类等）在溶解前需要先接受电离辐射（如X射线、γ射线或电子束）。 辐射会在晶体内部产生自由基（如 H⁺, OH⁻, COO⁻）或色心（电子/空穴陷阶） 等亚稳定缺陷状态。这些缺陷储存了能量。 

溶解引发发光： 当受辐射的晶体被溶解于溶剂（最常见的是水） 时： 溶剂分子与晶体中的辐射诱导缺陷（自由基）发生化学反应（通常是氧化还原反应）。 这些反应会释放出能量，部分能量以光子（光）的形式释放出来，形成可见的发光现象。 发光通常发生在溶解的瞬间或溶解过程中。

电致发光(英文electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子在能级间的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象。电致发光物料的例子包括掺杂了铜和银的硫化锌和蓝色钻石。电致发光的研究方向主要为有机材料的应用。电致发光板是以电致发光原理工作的。电致发光板是一种发光器件，简称冷光片、EL灯、EL发光片或EL冷光片，它由背面电极层、绝缘层、发光层、透明电极层和表面保护膜组成，利用发光材料在电场作用下产生光的特性，将电能转换为光能。

1）应用领域

显示技术： 

• 主动发光显示：OLED显示屏采用多层结构（阳极/空穴传输层/发光层等），具备宽视角和快速响应特性。 

• 柔性电子器件：2025年研究开发的压敏型电致发光纱线，通过加捻工艺实现触控发光。 

固态照明： 

• 白光LED：通过蓝光芯片激发荧光粉或RGB三色混合实现电致发光。 

• 智能背光：MIC4833YML驱动器可在4.5-6.0V输入下生成高压交流电场驱动EL面板。

力致发光（mechano luminescence），或为机械发光，又称摩擦发光、压电发光（piezoluminescence）等，指物质在机械作用（如摩擦、加压、冲击）下产生的发光现象。其发光光谱位置通常与光致发光一致，应用涵盖应力传感、新型光源及显示等领域 。

1)摩擦发光

触发动作：固体表面摩擦（如刮擦、撞击）

发光机制：

⚡️ 电荷分离 → 断裂面形成强电场 → 气体放电发光（类似微型闪电）

💎 典型材料：蔗糖（方糖咬碎时蓝光）、石英、透明胶带快速剥离

🔍 关键特征：发光短暂（毫秒级），常见蓝/白光

2)断裂发光

触发动作：材料断裂或破碎

发光机制：

💥 裂纹扩展 → 断口处电荷累积 → 电致发光或激子复合发光

⛏️ 典型材料：硫化锌（ZnS）、稀土掺杂应力传感器（受压破碎时绿光）

🔍 关键特征：发光强度与断裂速度相关，常见于矿物晶体

3)压致发光

触发动作：静态压力挤压（非动态破坏）

发光机制：

🔄 晶体形变 → 陷阱能级电子释放 → 跃迁发光

📏 典型材料：锶铝酸盐（SrAl₂O₄:Eu²⁺ 发绿光）、应力成像薄膜

🔍 关键特征：发光可重复（材料未破坏），用于压力传感

4)声致发光

触发动作：液体中超声波驱动气泡坍缩

发光机制：

🌀 气泡内爆 → 绝热压缩 → 瞬态高温等离子体（＞10,000K） → 黑体辐射+激发态分子发光

💧 典型场景：水中气泡坍缩（蓝色闪光），氩气环境增强

🔍 关键特征：唯一涉及超高温，光脉冲仅皮秒-纳秒级

辐射发光 （radio luminescence）： α、β、γ及X射线激发物体引起的发光。 α射线带正电（氦核）的粒子流，而β射线是电子流，都是电粒子,不过,它们比一般带电粒子，例如阴极射线，量大得多。γ射线和 X射线是电磁辐射,都是光子流过，比可见光、紫外线的光子能量大得多。因此相对说，辐射发光又可称为高能粒子发光。物体的辐射发谱与其他方式激发的发光谱基本相同，但从激发过程看，它们之间有很大的差别。

热致发光（Thermoluminescence, TL）指某些固体材料（如晶体、陶瓷）预先吸收电离辐射能量后，被加热时释放出可见光的现象。属于能量储存型发光：辐射能→晶格缺陷储存→热能激发→光能释放。

热致发光的强度和特性受到多种因素的影响，包括材料的组成、结构、掺杂水平以及加热速率等。，某些晶体结构的材料在受热时更容易发光，因为它们的电子能级结构允许有效的能量跃迁。掺杂剂的存在可以改变材料的电子结构，从而影响热致发光的特性。

1）热致发光与荧光和磷光的区别

虽然热致发光、荧光和磷光都是物质发光的现象，但它们之间存在一些关键的区别。荧光是指物质在吸收光能后立即发出光的现象，而磷光则是在吸收光能后，发光可以持续一段时间。与这两种现象不同，热致发光不需要外部光源的激发，而是通过加热来激发电子跃迁。

2）热致发光的应用

热致发光在多个领域有着广泛的应用，尤其是在材料科学和考古学中。在材料科学中，热致发光可以用来研究材料的电子结构和缺陷，从而帮助改进材料的性能。在考古学中，热致发光被用来测定古陶器和其他文物的年代，因为这些物品在制造过程中会吸收环境的辐射，而这些辐射可以通过热致发光来测量。

3）热致发光的未来研究前景 

随着纳米技术和量子计算等领域的发展，热致发光的研究也在不断深入。科学家们正在探索如何利用热致发光来开发新型的传感器和光电设备。热致发光在环境监测和能源转换中的应用也显示出巨大的潜力。热致发光是一个复杂而有趣的物理现象，它涉及到材料的电子结构、能量转换和光发射等多个方面。通过研究热致发光，我们不仅可以更好地理解材料的内在特性，还可以开发出新的技术和应用，从而推动科学和技术的进步。