发光材料论文

长余辉发光材料制备技术进展及应用

摘要：综述了长余辉发光材料的性能，以及长余辉发光材料的发光机理，着重介绍了高温固相反应法、燃烧法、水热合成法、溶胶－凝胶法、共沉淀法、微波法等制备方法，最后举例说明了长余辉发光材料在各行各业中的应用。

Abstract:Review the long afterlow luminescence materials performance,as well as long persistence luminescent materials luminescent mechanism.Mainly introduces high temperature solid phase method, combustion method, hydrothermal synthesis method, sol－gel method, coprecipitation method, microwave method and preparation methods.Finally, an example is given to illustrate the long afterlow luminescence materials in the application of all walks of life.

1、引言：

当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等的激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要恢复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称为发光现象。主要类型有：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。[1]而长余辉发光材料又叫蓄能发光材料，是光致发光的一种。它能在外界光源照射的情况下储存能量，然后在激发光停止辐射后，持续地将这部分能量以光的形式释放出来。

2、各种长余辉发光材料的性能的比较

同硫化物体系相比，氧化物体系长余辉发光材料具有如下特点：

(1)发光效率高

多铝酸盐发光材料在可见光区具有较高的量子效率，尤其一些灯用发光材料其量子效率达到了90％以上[2，3]，充分显示出这类荧光体在电光源及可见光显示领域的应用前景。

(2)余辉时间长

对于硫化物体系，发光余辉一般为3～5h。目前在氧化物体系中磷光体余辉最长的是Eu2+激活的碱土铝酸盐，其发光亮度达到人眼可辨认水平的时间可达2000min以上。

(3)化学性质稳定

由于多铝酸盐氧化物体系特殊的组成和结构，因而这类磷光体能够耐酸耐碱耐候耐辐射。抗氧化性和紫外线强，材料的寿命长，可以长期在空气和一些特殊的环境下使用，同时由于这类材料化学性质稳定，因此还具有荧光猝灭温度高的特点。

(4)没有放射性危害

由于在硫化物体系中要通过添加CO等放射性元素提高其发光强度和余辉时间,因而对人体和环境具有危害性，在氧化物体系中不需添加这类元素，因此氧化物体系长余辉发光材料对人体和环境十分安全。

3、长余辉发光材料的发光机理

材料在受激停止后继续发出

的光称为余辉。余辉持续的时间称为余辉时间，小于1 μs 的余辉称作超短余辉，1-10μs 间的称为短余辉，10μs-1ms 间的称为中短余辉，1-100ms 间的称为

中余辉，100ms-1s 间的称为长余辉，大于1s 的称为超长余辉。[4]

其具体机理如下：激活剂（施

主）被掺入基质后，在禁带中靠近导带的位置形成一系列杂质能级，对在导带运动的电子起陷阱作用，电子可能在陷阱中停留很长的时间，只有在外力作用下才会被释放；在光子的激发下，电子从激活剂基态跃迁到激发态（过程1）；若电子直接返回基态能级即产生瞬时发光现象（过程2），就是荧光发射；光激发还会使一些电子跃迁到导带上（过程3），并被限制在陷阱中（过程4）；如果处于能级陷阱中的电子得到足够的能量E ，它们就会从陷阱中释放出来（过程5），这是，它们可能是被陷阱重新俘获，也可能是通过导带跃迁到激活剂基态（过程6），与发光中心复合，引起长时间的发光即余辉。

4、长余辉发光材料的制备方法

4.1 高温固相反应法

高温固相反应法也称干法, 即把达到要求纯度、粒度的原料按特定的摩尔比用球磨均匀混合后, 在一定的温度和加热时间等条件下进行灼烧的制备方法。刚开始制备时需要很高的灼烧温度, 后来发现通过添加助熔剂如P 2O 5、B 2O 3或两者的

混合物可以降低灼烧温度。

4.2 燃烧法

该方法是用硝酸盐和有机还原剂的混合水溶液在较低的温度下燃烧, 通过发生氧化还原反应来制备长余辉发光材料。

4.3 水热合成法

该方法是在高压下直接在溶液中进行反应, 产生氧化物或复合组成化合物沉淀( 或析晶) 。反应的驱动力是各反应组分的溶解度差, 溶解度大的组分溶入溶液, 溶解度小的组分从液相中析出。Kutty 等[ 5]利用水热合成法成功地合成了长余辉发光材料。研究表明, 该方法的优点是合成条件温和, 体系稳定, 粉料晶粒发育完整, 团聚程度很轻。但产品亮度较低, 而且该法仅局限于氧化物体系, 不能生成非氧化物。

4.4 溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法的基本原理是将无机盐以及金属醇盐或其他有机盐溶解在水或有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液中的溶质与溶剂产生水解、醇解或整合反应，生成纳米级的离子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶，凝胶经过干燥、热处理等过程得到产物。由于先驱体的混合是在溶液中进行，从而使反应物达到分子、原子级的均匀混合。因此，溶胶－凝胶法和高温固相反应法相比较，易于获激活剂基态 电子陷阱

激发态 2

3

7 6 5 4 1 价带 导带

得纯相产品且产品均匀性好，粒径较小，同时反应温度也比高温固相反应法的温度低。[6]

4.5 共沉淀法

共沉淀法是指在含有一个或多个离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂(如OH-、

C 2O

4

2-、CO

3

2-)，形成不溶性氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中沉淀出来，并

将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去。沉淀物经洗涤、过滤后再经加热，进行分解而制成高纯度超细粉体。

4.5 微波法

微波法是近年来迅速发展的一种新合成方法,，其过程是按一定比例称取原料，加入一定量的激活剂和掺杂剂，在玛瑙研钵中充分研磨，装入小刚玉坩埚，压实，盖严后放入另一大坩埚内，夹层填充碳粒作还原剂，置于微波炉内加热一定时间，冷却后即得长余辉发光材料。

5、长余辉发光材料的应用前景

90年代发现和发展起来的铝酸盐体系长余辉发光材料是一类重要的新型能源材料和节能材料。目前对于Eu2+激活的碱土铝酸盐长余辉发光材料的研究仍然十分活跃，其材料及相关的发光品种已经工业化和商品化。

5.1涂料工业中的应用

将新型稀土夜光粉与树脂、助剂以及溶剂等混合反应后可以制成发光涂料或发光漆，如水性丙烯酸类发光涂料，聚氨酯夜光公路行车道漆，丙烯酸发光金属漆等。这些发光涂料可以用于安全标识、伪造、室内装潢、广告招牌、工艺美术等行业领域。

5.2发光陶瓷制品

发光陶瓷制品品种繁多(如:发光地砖、发光大理石等)，发光颜色多种多样，适用于家居卫生间、厨房、客厅地面的装修镶嵌。既美化家居，在夜晚给家居房间带来美丽神奇的发光效果，也方便人们夜晚在房间活动，避免受到意外的伤害。

5.3纺织工业中的应用

长余辉发光材料在纺织工业中的应用，主要是用来生产一些需要有夜间指示作用的服饰，其中以制服最为常见。比如：消防服、各种不同的夜光背心、普通的夜光服等。

5.4铁路、船舶、航空、公路等交通运输领城

长余辉发光标志可广泛应用于各交通运输设施，尤其可用于船舶紧急疏散通道标识系统、楼梯标识、标志线、走廊、墙标地面上的标示、甲板方向、救生艇等标示及救生服装、救生器材、消防设施、设备等，用以指引入们在意外发生时及时逃离船舱到达安全集结区域。对平缓交通、提高道路通行能力、减少交通事故、防止交通堵塞等起到很有利的作用。

6、结语：

近年来长余辉发光材料得到了飞速的发展，而且长余辉发光材料因其优良的发光性能和无毒、无辐射特性, 也越来越受到人们的重视。研究人员也在不断研究新的长余辉发光材料的制备方法, 希望提高材料的发光性能和获得传统制备技术无法得到的发光材料。相信通过大量的研究工作，随着原有合成方法的进一步改进和完善，新的制备技术不断出现，长余辉发光材料的应用领域会更加广阔。