发光材料

2.5
有机物的发光[2]是分子从激发态回到基态产生的辐射跃迁现象.获得有机分子发光的途径很多，分类也不同.
三、
发光材料种类繁多，发光原理各不相同，发光特性也各有千秋。如何利用不同材料的发光特性，取其优点、避其缺点，将成为能否更好的应用发光材料的关键。
结合不同材料的发光特性，主要从光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、辐射发光材料、光释发光材料和热释发光材料等六个方面介绍发光材料的应用现状和前景。
从20世纪70年代起，科学家们发现将稀土元素掺入发光材料，可以大大提高材料的光效值、流明数和显色性等性能，从此开启了发光材料发展的又一个主要阶段。世界己经离不开人造光源，荧光灯作为最普遍的人造光源之一己在全世界范围内开始应用，据统计全世界60%以上的人工造光是由荧光灯提供的，而大部分荧光灯就是利用稀土三基色荧光粉发光的。
随着纳米材料制备技术的不断发展和完善，人们已经用许多不同的物理方法和化学方法制备出不同尺寸、不同结构和不同组成的纳米发光材料，并对其发光特性进行了较为全面的研究。目前纳米发光材料发光性质发生变化的机理仍然众说纷纭，没有定论，很值得做进一步的深入研究。其次，如何在低温下制备出小颗粒、高晶度、分散均匀且发光强度强的纳米晶体仍是研究工作者努力的方向。最后，为使纳米发光材料获得真正的应用，如何把这些纳米颗粒组装成有序的薄膜也是广大纳米科学家面临的新挑战。
二、
不同发光材料的发光原理不尽相同，但是其基本物理机制是一致的:物质原子外的电子一般具有多个能级，电子处于能量最低能级时称为基态，处于能量较高的能级时称为激发态;当有入射光子的能量恰好等于两个能级的能量差时，低能级的电子就会吸收这个光子的能量，并跃迁到高能级，处于激发态;电子在激发态不稳定，会向低能级跃迁，并同时发射光子;电子跃迁到不同的低能级，就会发出不同的光子，但是发出的光子能量肯定不会比吸收的光子能量大。
2.1
荧光发光的主要原理:紫外线的光子的能量比可见光的能量大;当荧光物质被紫外线照射时，其基态电子就会吸收紫外线的光子被激发而跃迁至激发态;当它向基态跃迁时，由于激发态与基态间还有其他能级，所以此时释放的光子能量就会低于紫外线的能量，而刚好在可见光的范围内，于是荧光物质就会发出可见光，这种光就叫做荧光。常见的日光灯发出的白光，是由多种荧光物质发出的，每种荧光物质发出一种颜色的光，按一定的比例组合，就会组合成白色光，也就是复色光。
目前，发光材料在照明、显示、信息等方面己获得了广泛的应用，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。相信随着研究的深入和技术的进步，发光材料更多的优良特性将被发掘，更多性能优良的发光材料也将被发明，发光材料的未来必将是辉煌的。
3.
自1990年J. H. Burroughes报道采用高聚物PPV成功地制备了电致发光二极管(LED)以来，短短十几年中，此领域发展十分迅速。目前已报道的高聚物发光材料的发光范围已覆盖了整个可见光区。使用其制备的发光器件己接近商业化水平，有机高分子发光材料之所以能引起人们极大的兴趣是因为:
2.2
LED是Light一Emitting Diode的缩写，中文意思是发光二极管。发光二极管是可以将电流顺向通到半导体PN结处，从而引起发光。大多数的发光二极管采用双异质结结构或者量子阱结构。
2.3
白炽灯是大家所熟知的，日常生活中应用最广泛的一类发光器件。白炽灯可以将电能转化为光能，其工作原理是电流通过灯丝(钨丝，熔点达3000多摄氏度)时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时，就像烧红了的铁块能发光一样而发出光来。钨灯丝的温度越高，其发出的光就越亮。这类发光器件称之为白炽灯。
①玻璃化温度高，热稳定性好;
②制作EL器件工艺简单，不需要复杂的设备，因而可以降低器件制作成本;
③易于实现制备大面积器件。
3.
当基质的颗粒尺寸小到纳米级范围时[3]，其物理性质会发生改变，从而影响其中掺杂的激活离子的发光和动力学性质，如光吸收、激发态寿命、能量传递、发光量子效率和浓度碎灭等性质。
纳米发光材料独特的性质使其具有广阔的应用前景。首先，从理论上讲纳米发光材料可以提供研究表面的模型系统。纳米材料具有的大的比表面积会影响到激活剂和缺陷在粒子的表面、界面和次级相间的分布，而了解纳米材料中的这一分布情况对理解其块体材料的性质是很有帮助的。表面缺陷是影响发光材料发光效率的主要因素，通过对纳米发光材料的研究可以使人们掌握控制表面缺陷的方法，进而为发现新一代的发光材料提供指导。其次，制备稀土离子掺杂的纳米材料还为发展和研究透明复合材料开辟了新途径。纳米粒子光散射小，可将其埋在无定型透明基质中，可望在激光和放大器上获得应用。
3.4
辐射发光材料主要应用在以下几个方面:
(1)制成闪烁计数器、闪烁探测器，用来进行射线强度、能谱及剂量的测量。
(2)制成X射线医疗及工业无损探测用的直接观察屏，以及使乳胶感光的增感屏。
(3)制成永久性发光材料。有些同位素元素的半衰期很长，在发光材料中加入少量的这种放射性同位素，可以在没有其他外加能源的情况下，保持长时间地发光，所以称这种材料为永久性发光材料。它可以用来作为一种弱照明的不熄光源，例如涂覆在仪表上，可在夜间或暗处观察。实际上，为了减低放射线对人体的伤害，现在常采用半衰期较短、毒害较低的人工同位素。
四
本文主要介绍了日常生活中常见的几种发光现象和发光原理，并结合实际应用，对人造光源的发光材料进行了分类总结。发光材料的发展很快，应用也越来越广泛，但发光材料的研究还有很多有意义的工作，这种研究是多学科性的，包括物理、化学、器件工艺和材料科学等，研究也将产生新颖高级发光材料和发光器件的新概念、新技术和新应用。
TS荧光灯管是新一代的高频环保节能灯管，它是目前最理想的节能照明光源。这种灯管的特点是涂敷稀土三基色荧光粉为发光体，采用固态汞减少二次污染及高频电点灯的新技术，光效高、光色好、无频闪、提高了光的质量、缩短了工序、降低了能
耗、减少了汞污染、净化了生产环境、提高了生产效率，是今后几年大力推广的产品，市场前景优于当前的紧凑型节能荧光灯。
五
[1]于三义，发光材料的原理及其应用，信息技术，2011,11,146-149.
[2]潘远凤,胡福增,郑安呐等，高分子发光材料研究进展，材料导报,2003.17，166-167.
[3]周永慧，林君书，张洪杰,纳米发光材料研究的若干进展,化学研究与应用，2003,13（2），120-121.
[4]刘荣辉，黄小卫，何华强等，稀土发光材料技术和市场现状及展望，中国稀土学报，2012,3（30），270.
3.1
光致发光材料主要用于制造灯用的荧光粉。由光致发光材料制成的发光器件，具有小型化、大功率、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化、艺术化等优点。这类发光器件主要作为各类不同用途的光源，例如照明、光化学光源、复印机光源等。
3.1.1稀土节能灯
稀土荧光粉可应用于办公室、百货商店和工厂中的高性能荧光灯。80年代中期以来，随着含铽较少的较便宜的荧光粉开发成功，这种节能灯的应用迅速增长
2.4
HID是High Intensity Discharg。的缩写，中文意思是高压放电灯。
HID的发光原理:首先在灯管内封入一定的发电启动气体和发光添加物(金属)，然后在发光管内两端的电极间施加一定的电压，启动气体(氢气及氛气)会使其开始放电，此时产生的放电弧光高温达数千度，从而使管内的添加物蒸发而产生气体，蒸发的气体与添加物原子内之电子相互碰撞，添加物的电子在固有波长内会被激发而发光。不同添加物发出光的波长不同。改变发光管内添加物的种类，以及不同添加物相互组合的比例，就可以改变高压放电灯的发光、颜色和效率等特性。
3.1.3碳弧灯
碳弧灯是将稀土氟化物加入到棒芯中，使发射的弧光强度提高10倍，同时弧光颜色由浅黄色变为接近日光色。这种碳弧灯主要用作探照灯以及彩色电影摄像和放映。
3.1.4高压钠灯
高压钠灯中用半透明氧化铝作弧型管材料，氧化铝中添加少量氧化镁和氧化铭作烧结助剂来改善材料的光学性质，高压钠灯中的稀土杂质偏析会导致钠浸蚀氧化铝管，这是目前的一大应用问题。这些灯用荧光粉还可以用于街道路标、楼房门牌标号、消防安全标志、广告牌等，起到夜间标志作用。
发光材料
一、
众所周知[1]，材料、能源和信息是21世纪的三大支柱。发光材料作为人类生活中最为重要的材料之一，有着极其重要和特殊的地位。随着科学技术的进一步发展，发光材料广泛运用于化工、医药食品、电力、公用工程、宇航、海洋船舶等各个领域。各种新型高科技在运用于人类日常生活中，势必都需要用到部分不同成分和性质的发光材料。
3.2Байду номын сангаас
阴极射线发光材料主要用于制造显示用荧光粉，可以用来制造电视机、示波器、雷达和计算机等各类荧光屏和显示器。此外，稀土飞点扫描荧光粉己广泛用于彩色飞点扫描管、电子显示管、扫描电镜观察镜。
3.
利用电致发光的原理可制成等离子显示板，例如壁挂式的彩色电视机。等离子显示板(PDP)的发光原理是在两块基玻璃基板之间充入惰性气体，使其在电压作用下发生气体放电而产生紫外线，进而激发三基色荧光粉产生可见光。由于PDP响应速度快、视角大、亮度高，而被制成大屏幕显示器。
3.
光释发光是利用外界光释放陷阱电子的一种现象。光释发光的材料可以用来分析陷阱的种类和深度。将红外光释材料作为敏感元件，放在红外瞄准镜之类的仪器上，就可以用来探测红外线。利用红外光释材料还可以制作记录核辐射的剂量计。
3.
热释发光现象与光释发光现象作用相同，它利用热量来释放陷阱电子。利用热释发光曲线研究陷阱也是研究固体的一种简单而重要的方法。同光释发光类似，热释发光材料也可制作剂量计。
3.1.2汞灯
汞灯是利用氢气和汞蒸汽的放电作用来发光的，其发光强度高于荧光灯。高压汞灯主要应用在街道和工厂等需要很强白光照明的场所中。近年来钠放电灯和金属卤化物HQT灯己代替了高压汞灯，它的市场日渐衰落。钠放电灯和金属卤化物HQT灯比汞灯的颜色再现性好，发天然白光。美国通用电报电话公司麻省实验室的研究人员己经研究出一种改良型低色温用的汞灯，其照明度25500流明，色温3350K，比普通汞灯的稳定性好，效率更高。
节能照明工程[4]和平板显示工程都是我国重点支持和优先发展的高新技术领域，几乎所有节能照明及显示技术均离不开稀土发光材料。经过多年发展，我国利用自身的稀土资源优势，己经发展成为节能照明及平板显示用稀土发光材料研究及生产大国。但我国发光材料突出表现为产品质量差、附加值低、核心知识产权缺乏，白光LE D等高端照明及显示用荧光粉的市场几乎全部被国外企业垄断，这在很大程度上掣肘着我国新型节能照明及平板显示产业的进步和发展。