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1、,功能材料 郑美勇,长余辉发光材料,目录,一、长余辉材料的定义二、发光原理三、光能的释放四、长余辉发光的应用五、长余辉材料的制备方法六、新型长余辉发光材料研究和应用展望,1、长余辉材料定义,定义：长余辉发光材料简称长余辉材料，又称夜光材料。它是一类吸收太阳光或人工光源所产生的光发出可见光，而且在激发停止后仍可继续发光的物质。长余辉材料不消耗电能，但能把吸收的天然光等储存起来，在较暗的环境中呈现出明亮可辨的可见光，具有照明功能，可起到指示照明和装饰照明的作用，是一种“绿色”光源材料。,2、发光原理,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
2、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,基本发光原理是：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。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。束缚于陷阱的电子逐渐跳出陷阱，因此发光表现为一个长时间的过程，即形成了长的余辉。,3、光能的释放,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
3、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）。,4、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。,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
4、大部分国家明令禁止使用。,（2）新型发光材料,例如：与透明瓷粉混合涂敷烧结，制成 发光陶瓷；作为发光母粒加入塑料颗粒中，可以制成发光塑料板材或薄膜；与透明树脂或粘结剂混合，可以制成各种用途的油漆或涂料,新型的长余辉发光材料是九十年代被发现的，,不含任何有害元素，性能稳定，余辉时间长,特点如下： 以铝酸盐陶瓷材料为基质，以稀土材料为形成发光中心和陷阱中心的掺杂元素，具有良好的夜间显示功能。 以这 种新型的长余辉发光材料为主，加以各种粘接材料，可以制成各种形式的夜间显示或装饰器件。,发光陶瓷等工艺品,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）,5、长余辉发光材料的制备,5.1
5、 高温固相合成法5.2溶胶-凝胶法5.3水热合成法5.4燃烧法5.5共沉淀法,5.1 高温固相合成法,对于长余辉发光材料的制备, 一般采用高温固相合成法。该方法是将达到要求纯度、粒度的原料按一定比例称量, 并加入适量的助熔剂充分混合研磨, 然后在一定的温度、气氛、加热时间等条件下进行灼烧。灼烧的最佳温度、时间是由具体实验确定; 灼烧的气氛由具体材料确定, 一般的长余辉材料是在还原性气氛下进行的; 一些材料灼烧之后, 还需经洗粉、筛选等工艺才可得到所需的长余辉材料。,5.2溶胶-凝胶法,溶胶-凝胶法是应用前景非常广泛的合成方法, 它主要优点在于在较低的温度下合成产品, 且产品均匀性好、粒径小,
6、是一种有效的软化学合成法。目前此法已成功地合成了铕激活的铝酸锶蓄光材料 。,5.3水热合成法,该法是以液态水或气态水作为传递压力的介质, 利用在高压下绝大多数的反应物均能部分溶于水而使反应在液相或气相中进行。该法也合成了铝酸锶铕。,5.4燃烧法,该法是针对高温固相法制备中的材料粒径较大, 经球磨后晶形遭受破坏, 而使发光亮度大幅度下降的缺点而提出的。1990 年印度学者 首次报道了用该法合成的长余辉发光材料。,5.5共沉淀法,共沉淀法与高温固相法相比, 优点是可制备出活性大、颗粒细和分布均匀的坯料, 并且可以优化材料结构和降低烧结温度。沉淀法是指在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中, 加入沉淀
7、剂( 如OH- 、C2O42- 、CO32-等) 或在一定温度下使溶液发生水解后, 形成的不溶性氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出,并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去, 经热分解或脱水得到所需的氧化物粉料的方法。共沉淀法是指含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后, 所有离子完全沉淀的方法, 它又可分为单相共沉淀法和混合物共沉淀法。,5.6其它方法,除上述几种方法外, 还有高分子网络凝胶法、微波辐射法等。在众多的合成方法中高温固相合成法在工业化生产中具有不可替代的地位。,新型长余辉发光材料研究和应用展望,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
8、化和商品化。尽管如此,对于新型长余辉发光材料的研究和应用还存在以下主要问题。,l)发光颜色主要是绿色,在氧化物体系中缺乏蓝色,特别是缺乏红色发光品种。 2)发光机理尚不十分清楚,有待继续深人研 究。目前用做辅助激活剂的主要是稀土离子,对于非稀土离子对Eu2+和其他稀土离子长余辉发光的影响和作用研究甚少。,3)发光激活离子主要是Eu2+，对其他一些稀土离子特别是重稀土离子和过渡金属离子的研究很少。 4)长余辉发光材料的应用范围较窄,主要是用作夜光材料。这类新型长余辉发光材料有可能应用于储能显示材料、太阳能光电转换材料、光电子信息材料等方面。 深人开展新型长余辉发光材料的基础研究和应用研究具有非常重要的理论意义和实际价值。,谢谢观赏,
