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长余晖发光材料 青红梅 2014230012 主要内容 长余辉发光材料定义 长余辉发光材料的类型 长余辉材料研究现状 长余辉材料发光机制 长余辉材料制备方法 1.长余辉发光材料 长余辉发光材料也被称作蓄光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。 2.长余辉发光材料的类型及发展历程 从基质成分的角度划分，目前长余辉发光材料主要包括： 2.1硫化物长余辉材料 硫化物长余晖材料是最早发现具有余晖现象的材料。可分为两大类：过渡金属硫化物体系(Zn,Cd)S，以及碱金属硫化物体系(Mg,Ca,Sr)S。如发绿光的ZnS:Cu，发黄色光的 ZnCdS:Cu，发蓝紫光的 CaS:Bi。但是硫化物体系长余辉材料发光亮度低、余辉时间短、化学稳定性差、易潮解, 因而在实际使用中受到了极大制约。 2.2 碱土铝酸盐长余辉材料 碱土铝酸盐长余辉材料主要是以铝酸盐为基质,掺入稀土元素铕(Eu2+)作为激活剂,并添加Dy3+或Nd3+作为辅助激活剂。 碱土铝酸盐系列发光材料具有如下优点： 发光效率高、余辉时间长、化学性质稳定、无放射性危害。但碱土铝酸盐材料发光颜色单一、合成温度高、遇水易潮解。 几种常见的长余辉发光粉的发光特性 2.3 硅酸盐及其它基质长余辉材料 以硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性, 而且高纯二氧化硅原料价廉、易得，烧结温度比铝酸盐体系低 100℃以上。其中以发蓝光的Sr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+发光材料性能最好，发光亮度、余 辉 时 间 均 优 于 铝 酸 盐 体 系 中 发 蓝 紫 光 的CaAl2O4:Eu2+，Nd3+。 3.长余辉材料研究现状 目前获得实际应用的长余辉发光材料，主要是SrAl2O4:Eu2+，Dy3+绿光长余辉材料，Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+蓝绿光长余辉材料，Sr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3蓝光长余辉材料，Y2O2S:Eu3+，Ln 红光长余辉材料，以及传统的硫化物长余辉材料，其它各类长余辉材料均处于研究阶段。由表中数据可以看出，各种长余辉材料中以铝酸盐基 SrAl2O4: Eu2+，Dy3+和 Sr4Al14O25:Eu2+，Dy3+发光性能最为优异。 4.长余辉材料发光机制 4.1 长余辉发光机制的几点共识 目前虽未完全了解长余辉发光机制， 但至少已取得如下共识：①掺杂 Eu2+ 是发光中心； ②晶体中存在的各种缺陷对发光与余辉有着重要的影响； ③共掺杂三价稀土离子 Re3+的添加产生了更多缺陷能级； ④激发时产生的电子和空穴分别被电子陷阱和空穴陷阱捕获； ⑤热扰动下陷阱捕获的电子或空穴以合适的速度释放出来； ⑥电子和空穴的复合导致发光。 4.2 长余辉发光机制模型 长余辉发光材料与光激励发光材料、热释光材料同属于电子俘获材料。其发光现象是由材料中的陷阱能级结构所致，由于能级结构的复杂性以及受测试分析手段所限，长余辉材料的发光机制目前还没有十分清晰统一的理论模型。根据不同的试验研究提出了不同的发光机制，目前主要有空穴转移模型、位形坐标模型、电子陷阱模型、能量传递模型等，其中以位形坐标模型最为人们所认可。 图 1 为位形坐标模型示意图。纵坐标表示晶体中发光中心 Eu2+的势能，横坐标表示 Eu2+和周围配位离子的位形。A 是 Eu2+的基态能级，B 是 Eu2+的激发态能级，C 是掺入的杂质离子或者基质中的一些其它缺陷所产生的陷阱能级。在外部光源的激发下，电子从基态跃迁到激发态（过程 1），处于激发态 B 的电子，一部分高能态外层（发生跃迁的电子并不都是最外层电子）跃迁回基态 A，降低的能量产生 Eu2+的特征发光（过程 2），另一部分则通过非辐射驰豫过程被陷阱能级 C 捕获（过程 3）。当存储在陷阱 C 中的电子吸收热扰动能量后，重新受激发回到激发态 B，然后跃迁回基态 A 而产生长余辉发光。 5.长余辉材料制备方法 目前长余辉发光材料的合成方法主要有高温固相法、化学共沉淀法、溶胶凝胶法、微波合成法、燃烧法、水热（溶剂）合成法、微乳液法、喷雾热解法、爆轰法等。 其中高温固相法是发光材料行业中传统的也是目前最主要的制备方法,生产工艺比较成熟，但是焙烧温度高(1100~1400℃)，反应时间长(2~3h)，产品冷却需要较长的时间，产物的硬度大，要得到适于应用的粉末状材料，就必须球磨，耗时耗能，且粉体发光亮度衰减严重。目前其它合成方法还处于试验研究阶段，离工业生产还有一定的