自发光材料

2008-07-17 14:41

　蓄光型自发光材料又称为光致光超长余辉蓄光材料、非放射性蓄光材料、无电源自发光材料等。该材料主动吸蓄太阳光、灯光、紫外光、杂散光等可见光5～10分钟后，就可在黑暗中持续发光12小时以上，并可根据实际需要，使其发出红、绿、蓝、黄、紫等多种彩光。目前，蓄光型自发光材料制品有发光涂料油漆、发光油墨、发光釉料、发光塑料、发光橡胶、发光皮革、发光玻璃、发光陶瓷、发光装饰石、发光铝塑复合板、发光工艺品等。由于其特有的高亮度、快吸光、长蓄光、化学稳定性好及耐候性强等优良理化性能，使其广泛应用于建筑装饰、交通运输、消防安全、电子通信、电力电器、仪器仪表、石油化工、地铁隧道、印刷印染、广吉牌匾、珠宝首饰等各个领域，是21世纪极有发展前途装饰发光材料。

一、蓄光型自发光材料的种类

（一）硫化物系列蓄光型自发光材料

硫化物系列蓄光型自发光材料主要包括硫化锌、硫化锌镉、硫化锶、硫化钡、硫化钙等。同时也是重要的阴极射线、电致发光的实用性发光材料。硫化物系列蓄光型自发光材料目前依旧有实用价值的材料有：发光颜为黄绿的ZnS:Cu系列，发光颜为蓝的CaS:Bi系列，发光颜为红的CaS:Eu系列。

（二）铝酸盐体系蓄光型自发光材料

铝酸盐体系蓄光型自发光材料具有发光效率高，化学稳定性好的特点。目前达到实用化程度的材料有：发光颜为蓝紫的CaAl2O4:Eu,Nb，发光颜为蓝绿的Sr4Al14O25:Eu,Dy，发光颜为黄绿的SrAl2O4:Eu,Dy，它们都有优异的长余辉发光性能，被人们誉为第二代蓄光型自发光材料，是蓄光型自发光材料发展的一个里程碑。

（三）硅酸盐体系蓄光型自发光材料

我国根据铝酸盐体系蓄光型自发光材料尚存在耐水性稍差，发光较单一，对原材料纯度要求高，生产成本高等缺点，开展了硅酸盐体系蓄光型自发光材料研究，成功研制出数种耐水性好、紫外辐照性稳定、发光多样、余辉亮度较高、余辉时间较长的硅酸盐体系蓄光型自发光材料，将蓄光型自发光材料的研究推向一个新的时代。目前研制的铕、镝激活的焦硅酸盐蓝材料，其发光性能也优于铕、钕激活的铝酸盐蓝发光材料。但总体来说，硅酸盐体系的发光性能尚未达到铝酸盐体系的水平，已达到应用水平的只有焦硅酸盐体系，含镁的正硅酸盐性能还未能得到应用，进一步提高硅酸盐体系的发光性能，还需做更深入的工作。

二、蓄光型自发光材料发光原理

蓄光型自发光材料是一类吸收了激发光能并储存起来，光激发停止后，再把储存的能量以光的形式慢慢释放出来，并可持续几个甚至十几个小时的发光材料。这种吸收光-储存-再发光，并可无限重复的过程和蓄电池的充电-放电-再充电-再放电的反复重复是相似的，所以称为蓄光型自发光材料。

发光材料在合成过程中所形成的晶体的晶格里产生了结构缺陷和杂志缺陷才具有发光性能。结构缺陷是晶格点间产生空位和离子，也称晶格缺陷。由材料的晶格缺陷引起的发光叫做自激活发光。

在基质材料中加入某种元素，高温合成过程中，加入元素的离子掺入到基质晶格形成了杂质缺陷。由这种缺陷引起的发光叫做激活发光。加入的元素叫激活剂，也叫做发光中心。得到实际应用的各类发光材料大多是激活剂型发光材料。

对于光致发光材料而言，激发材料的紫外光能量可以被基质吸收（也称本征吸收）。基质吸收能量，其发光可直接由价带电子和空穴的复合产生，也可通过由晶格缺陷或杂质缺陷所形成的发光中心来产生。这种类型的发光材料被称为“复合型”发光材料。硫化物系列是这类发光材料的代表。它们是半导体型化合物，基质晶格是产生发光过程的介质。改变基质组分，即使采用同一激活剂，也可在很宽的波长范围内，有规律的改变发光光谱的组成。这类发光材料被紫外光激发时，首先是基质吸收能量，再把能量传递给发光中心而产生发光，因此，在吸收能量、传递能量、发光的过程中，复合型发光材料损耗较大，能量发光效率是较低的。

发光材料

紫外光能量在激发材料时，也可以直接被发光中心吸收，吸收能量后，发光中心的电子由低能态跃迂向高能态，当电子从高能态返回低能态时产生发光。发光只和发光中心的电子跃迂有关的材料叫做“特征型”发光材料。以含氧化合物为基质的发光材料如硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等都属于特征型发光材料。用作激活剂以形成发光中心的元素主要是过渡族稀土元素。这类材料发光过程较复合型材料简单，发光中心直接吸收激发能量，其浓度也只达到百分之几，中心和基质间相互作用能量较低，从而使这类材料具有高的发光效率。

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