无机功能材料-长余辉发光材料

2021/3/10
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发光原理
定义：在阳光和紫外线照射停止后仍能发
光，并具有较长余辉时间的材料。
基本发光原理是：
①在材料制备的过程中，掺杂的元素在基质中形成发 光中心和陷阱中心，当受到外界光激发时，发光中心 的基态电子跃迁到激发态，当这些电子从激发态跃迁 回基态时，形成发光。
②一些电子在受激时落入陷阱中心被束缚光照撤除后 ， 受环境温度的扰动，束缚于陷阱的电子跳出陷阱落到 基态，释放的能量激发发光中心形成发光。
过 碱土渡金金属属硫硫化化物物体系体的系研Z究nS主BC要u集长中余于辉Ca发S体光系材, 激料活经剂
逐 多为步B完i3+善或,者在E加u2+入等C稀o、土E离r子等。激活剂后, 余辉时间
由 发展原历来程的：2在00C分aS钟为延基质长研至究50的0基分础钟上左, 9右0 年; 但代其以后最又大 缺 通过点改是变不基耐质紫组外分获线得, 在了紫( C外a, S线r)照S, (射Ca下, M会g 逐) S,渐( S衰r, M变g, ) 体 S特及点色S：r发S该等黑体体。系系的的最长大余优辉点材是料体, 其色激鲜活艳剂, 弱是光Eu下2+吸离光子速。度
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图解：
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注： S为发光体贮存的光能 t 为时间
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2.1 热释光
低温下激发 荧光完全消失后，慢慢地升高温度 影响因素：陷阱的个数、陷阱的深度
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来自百度文库
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2.2 光致释光与光致猝灭
含有深陷阱杂质的荧光粉激发后，再用红 外或红光照射，会出现： 发光强度增强——光释发光
（Photostimulation） 发光强度减弱——光致猝灭
（Photoquenching)
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3、长余辉发光的应用
（1）传统的“夜光粉”
长余辉发光材料由于撤除光照后在黑暗中能较长时 间的发光，所以人们将这种材料通俗地称为“夜光粉”。 传统的夜光粉有两大类：硫化物型和放射线激发型。硫 化物型包括ZnS、CaS等，这类材料化学性能相对而言 不太稳定，在水分和紫外线的作用下容易水解或光解。
快。
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4.2铝酸盐体系长余辉发光材料
1992 年肖志国率先发现了以SrAl2O4：Eu,Dy 为 代表的多种稀土离子共掺杂的碱土铝酸盐型发光 材料, 由于Dy 的加入使得长余辉发光材料的发光 性能比SrAl2O4：Eu2+ 的大大提高, 余辉时间可达 ZnS：Cu 的十倍以上。
种粘接材料，可以制成各种形式的夜间显示或装饰器 件。
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3、应用实例
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发光饰品
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3、应用实例
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发光陶瓷等工艺品
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3、应用实例
指示牌等 （有了夜光材料，就不用为了 小小的指示牌而大动工程拉电 线）
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长余辉发光材料
luminescent materials with long afterglow
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长余辉发光材料
定义：在阳光和紫外线照射停止后仍能发 光，并具有较长余辉时间的材料。
又称蓄光材料或夜光材料；内含能量陷阱， 包括 ZnS 、SrAl2O4中掺有Eu2+ 、Ce3+、 Dy3+、Ag+发光
但是这种材料的余辉时间一般在二、三个小时，使用寿
命较短。放射线激发型是以掺入材料内的放射物质发出
的辐射能量为激发源，激发发光中心而 发光。这类材料
由于含有放射性物质而对环境和人类健康有害，已被大
部分202国1/3/10家明令禁止使用。 讲解：XX
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3、长余辉发光的应用
（2）新型发光材料
含发示任光功例瓷光可何中能新①如；塑以有 心 。型 以：作料制和害的 铝与 为 板 成陷元长 酸透 发 材 各阱素余 盐明 光 或 种中，辉陶瓷 母 薄 用心发瓷性粉粒膜途的光材能混加；的掺材料稳合入与油杂料为定涂塑透漆元是基，敷料明或素九质余烧颗树涂，十，辉结粒脂料具年以时，中或代稀有间制，粘被土良长可 结成发材好以 剂,特发现料的制 混点光的为夜成 合如陶，形间发 ，下成不显： ②以这 种新型的长余辉发光材料为主，加以各
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4、长余辉发光材料的发展
4.1金属硫化物的长余辉发光材料 4.2铝酸盐长余辉发光材料 4.3硅酸盐长余辉发光材料 4.4红色长余辉发光材料
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4.1金属硫化物体系长余辉发光材料
主要可分为两大类: 过渡金属硫化物体系( Zn, Cd) S, 以及碱土金属硫化物体系( Mg, Ca, Sr) S。金 属硫化物体系是第一代长余辉发光材料。
③束缚于陷阱的电子逐渐跳出陷阱，因此发光表现为
一2021个/3/10长时间的过程，即形讲成解：X了X 长的余辉。
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2、光能的存储和释放
光能的释放（发光过程）
发光的形式有两种：
1）升高温度时，发光体释出的光叫热释光。其发 光强度对温度的关系叫做热释光曲线。所得光 和（总光能）叫做热释光和。
2）在长波光作用下，发光体释出的光叫做光致释 光。所得光和叫做光释光和（闪光光和）。
发光过程：光致释光或热释光
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1、发光原理
激发停止后发光的余晖（afterglow）衰减到0.032mcd/m2 （该值是人眼暗适应条件下视觉灵敏阀的100倍）所需 要的时间。
·发光的衰减有赖于电子进入导带后的行为 ·陷阱在发光的弛豫过程中起非常重要的作用
—俘获电子 —热骚动的作用下放出电子 —可能同时存在多种陷阱 —发光的衰减是多种衰减过程的总和
目前铝酸盐体系达到实用化程度的长余辉发光材 料有人们较熟悉的发蓝光的CaAl2O4：Eu, Nd; 发蓝绿光的Sr4Al14O25：Eu, Dy ( 标记为PLB, 发射 光谱峰值490nm) 及发黄绿光的SrAl2O4：Eu, Dy ( 标记为PLO, 发射光谱峰520nm) , 它们都有不错 的长余辉发光性能。
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铝酸盐掺铕镝的长余辉原 理图
经过二十多年的研究，世界各地的化学家 对铝酸盐掺铕镝的原理都提出自己的理解。
其中，以Matsuzawa 提出的空穴转移模型 和张天之提出的坐标位移模型为代表说明。