发光材料综述

结构与物性结课作业

发

光

材

料

综

述

学院：物理与电子工程学院

专业：材料物理13-01

学号：************

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发光材料综述

摘要：

能够以某种方式吸收能量，将其转化成光辐射（非平衡辐射）物质叫做发光材料。发光是辐射能量以可见光的形式出现。辐射或任何其他形式的能量激发电子从价带进入导带，当其返回到价带时便发射出光子（能量为 1.8~3.1eV）。如果这些光子的波长在可见光范围内，那么，便产生了发光现象。

0 引言

发光材料是国家重要战略能源，在人们的日常生活中也占据着重要地位，被广泛应用于各个领域，因此对发光材料的研制和运用受到越来越多的关注。

本文基于发光材料研究现状，分析发光材料种类和制备方式，并介绍几种不同发光材料在生活中的应用，以期推动我国发光材料研究探索，为国家建设和人们生活水平提高提供助力。发光材料是人类生活重要材料之一，在航天科技、海洋运输、医学医疗、出版印刷等各个领域被广泛应用，具有极为重要的战略地位。

随着科学技术的发展，发光材料研究已经成为了我国科学界广泛关注的焦点，其运用技术直接关系到人们日常生活质量和国防建设，因此如何推动发光材料研制，将其更加安全、合理、高效的应用于生产生活中，成为了亟待解决的问题。

1 发光材料分类

发光材料按激发的方式可分为以下几类：

1.1 光致发光材料

用紫外、可见及红外光激发发光材料而产生的发光称为光致发光，该发光材料称为光致发光材料。

光致发光过程分为三步：①吸收一个光子；②把激光能转移到荧光中心；③

由荧光中心发射辐射。

发光的滞后时间约为10-8s的称为荧光，衰减时间大于10-8s的称为磷光。

光致发光材料一般可分为荧光灯用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。

按发光驰豫时间分类，光致发光材料分为荧光材料和磷光材料。

图1

1.2 电致发光材料

所谓电致发光是在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象，又称场致发光。这种发光材料称为电致发光材料，或称场致发光材料。

1. 本征式场致发光

简单地说，本征式场致发光就是用电场直接激励电子，电场反向后电子与中心复合而发光的现象。

2. 注入式发光

注人式场致发光是由Ⅱ- Ⅳ族和Ⅲ - Ⅴ族化合物所制成的有 p - n 结的二极管，注人载流子，然后在正向电压下，电子和空穴分别由 n 区和 p 区注人到结区并相互复合而发光的现象。又称p-n结电致发光

目前大概可以有以下几种材料:

1.2.1 直流电压激发下的粉末态发光材料

目前常用的直流电致发光材料有Zn S:Mn，Cu，其发光亮度大约为350 cd/m。

其他还有Zn S:Ag可发出蓝光;（Zn.Cd）S:Ag可发出绿光。另外还有一些在Ca S、Sr S等基质中掺杂稀土元素的材料。

1.2.2 交流电压激发下的粉末态发光材料

这种材料与直流电压激发下的发光材料有较高的流明效率（直流为0.5 Im/W，交流可达15 Im/Ｗ）所以它应用的较为普遍。以Zn S为代表，可在Zn S粉末中掺入铜氯、铜锰、铜铅、铜等激活剂后，与介电常数很高的有机介质相混合后制成。可发出红、橙、黄、绿、蓝等各种色彩的光。其中激活剂以质量百分比计，烧成时间均为1 h。

1.2.3 薄膜型电致发光材料

它与以上两种基本相似，只是其中不需要有机介质，可以在较高的高频电压下工作，发光亮度很高，发光效率也较高，可达几个流明/瓦。

1.2.4 p-n结型电致发光材料

即发光二极管所用材料。发光二极管是一种在低电压下发光的器件，它可使用单晶或单晶薄膜材料。发光二极管简称LED（Light Emitting Dicde的缩写），最早出现在1968年，由美国HP（新惠普的前身）首先以磷砷化镓（Ga As·P）为材质制成的黄色LED（属于冷光）具有耗电量小、寿命长、反应快、体积小、耐候性好等优点，被誉为第二次照明革命。1990年开发了磷化铟镓（Al·Ga·In·P）与氮化镓（Ga N）等2种材料后，长期以来，可见光LED的发展方向是以高亮度化、全彩化和白光化为主。

图2 p-n结电致发光原理

（a）热平衡状态；（b）加正偏压时的状态

1.3 热致发光材料。

发光材料在热（随温度的变化）的作用下而激发发光的材料叫做热致发光材料。热致发光又称热释光[1] 。受激发后的发光体在停止发光后，对其加热升温，又继续发光并逐渐加强的现象叫热释发光。但热能不是用来激发发光，而是释放光能的。加热使发光材料贮存的激发能逐渐释放出来。这种现象与发光材料中的电子陷阱相联系。

1.4 射线致发光材料

射线致发光指发光材料在加速电子的轰击下的激发发光。射线致发光材料可分为阴极射线致发光材料和放射线致发光材料两种。

阴极射线致发光是由电子束轰击发光物质而引起的发光现象。

放射线致发光是由高能的α、β、X射线轰击发光物质而引起的发光现象。

阴极射线致发光材料是指在阴极射线激发下能发光的材料，也称为电子束激发发光材料。

x放射线致发光的发光原理为：发光材料在X射线照射下发生康普顿效应和吸收X射线，均可产生高速的光电子。光电子经过非弹性碰撞，产生第二、三代电子。这些电子可激发或离化发光中心，发出光来。因而，一个 X 射线的光子可以引起很多个发光光子。

1.5 等离子发光材料

发光材料在等离子体的作用下的激发发光。

等离子体是高度电离化的多种粒子存在的空间，其中带电粒子有电子、正离子，不带电的粒子有气体原子、分子、受激原子、亚稳原子等。由于气体的高度电离，所以带电粒子的浓度很大，而且带正电与带负电粒子的浓度接近相等。

图3 复合发光示意图

（a）电子与正离子复合（b）正负两种离子复合

气体的电子得到足够的能量之后，可以完全脱离原子，即被电离。这种电子比在固体中自由得多，它具有较大的动能，以较高的速度在气体中飞行。而且电子在运动过程中与其他粒子会产生碰撞，使更多的中性粒子电离。在大量的中性粒子不断电离的同时，还有一个与电离相反的过程，就是复合现象。如图3所示。

复合就是两种带电的粒子结合形成中性原子。在复合过程中，电子将能量以光的形式放出来，即能辐射出频率为ν的光。