能量傳遞

能量傳遞，energy transfer ，簡稱傳能。是分子通過碰撞進行的能量傳遞、轉移或交換的現象。

能量傳遞可發生在同一自由度或不同自由度之間。例如僅發生平動-平動能量交換的碰撞為彈性碰撞。

其他的傳能方式有：轉動-平動、轉動-轉動、振動-振動、振動-平動、振動-轉動等在同一勢能面上進行的傳能以及電子-平動、電子-振動和電子-電子等涉及物種電子態變化的傳能。

基本介紹

• 中文名：能量傳遞
• 外文名：energy transfer 
• 簡稱：傳能
• 學科：物理
• 發生條件：同一自由度或不同自由度
• 形式：彈性碰撞等

原理

能量傳遞可發生在同一自由度或不同自由度之間。例如僅發生平動-平動能量交換的碰撞為彈性碰撞。

其他的傳能方式有：轉動-平動、轉動-轉動、振動-振動、振動-平動、振動-轉動等在同一勢能面上進行的傳能以及電子-平動、電子-振動和電子-電子等涉及物種電子態變化的傳能。

特性

能量傳遞的特性

一是物質的高能量總是主動地向同種低能量物質傳遞，低能量物質只能被動吸收同種高能量。

二是物質能量轉化式傳遞和遞進式傳遞。

三是物質能量在同級介質中容易傳遞，在上級介質中傳遞能力差些，在下級介質中不容易傳遞

四是能量傳遞必須由粒子作為介質而波動傳遞，其形式都是“波粒二相性”。因為能量不能離開物質，所以能量只能在物質的粒子中傳遞。

能量傳遞的影響因素

物質能量傳遞的大小與物質的質量和波動的頻率成正比。物質的質量越大、頻率愈高，則所傳遞的能量就更大，反之傳遞地能量就小。

能量傳遞上轉換

能量傳遞上轉換（Energy Transfer Upconversion,ETU）能量傳遞上轉換的研究始於1966年，Auzel提出激發態稀土離子之間可以發生能量傳遞過程，這使得人們意識到通過能量傳遞可以實現上轉換髮光。而在此之前，人們對於能量傳遞現象的理解一直局限於激發態離子將能量傳遞給基態離子。由於ETU過程的效率相對較高，因此通過光二極體等激發光源的作用即可實現能量傳遞上轉換髮光，不需要依靠雷射激發。

ETU是離子之間相互作用導致的上轉換髮光過程，可以發生在同種離子之間，也可以發生在不同種離子之間。早期有關ETU的研究大部分集中在不同種離子之間，隨後逐漸發展到同種離子之間。根據能量傳遞方式的不同，ETU可分為如下幾種形式：

（a）連續能量傳遞（SuccessiveEnergy Transfer，SET）連續能量傳遞一般發生在不同類型的離子之間。位於激發態的一種離子（施主離子）與位於基態的另外一種離子（受主離子）之間滿足能量匹配的要求而發生相互作用，施主離子將能量傳遞給受主離子而使其躍遷至激發態，本身則無輻射馳豫返回基態。位於激發態能級上的受主離子通過第二次能量傳遞過程而躍遷至更高的激發態能級。這種能量傳遞方式稱為連續能量傳遞上轉換。

（b）合作敏化上轉換（CooperativeSensitization Upconversion，CSU）合作敏化上轉換（CSU）過程是三個離子之間的相互作用，兩個激發態稀土離子同時將能量傳遞給發光中心，使其躍遷至更高的激發態能級，而這兩個離子則通過無輻射弛豫返回基態。

（c）合作發光（Cooperative Luminescence，COL）合作發光（COL）過程，兩個激發態稀土離子不通過第三個離子的參與而同時回到基態並發射短波長的光，它的明顯特徵是發射光的能量是退激發離子能級能量的二倍，並且不存在與發射光子能量相匹配的能級，這也是它與SET和CSU過程的重要區別。

（d）交叉弛豫（CrossRelaxation，CR）交叉弛豫（CR）過程可以發生在相同或不同的稀土離子之間。位於激發態上的兩個離子，其中一個離子將能量傳遞給另外一個離子使其躍遷至更高的能級，而本身則通過無輻射弛豫至能量較低的能級。與ESA不同的是，ETU為離子之間的相互作用，因此強烈依賴於離子的濃度，稀土離子的摻雜濃度必須足夠高才能保證能量傳遞的發生。能量傳遞過程中能量的失配可由聲子輔助進行補償。