演示文稿無機功能材料長余輝發(fā)光材料

演示文稿無機功能材料長余輝發(fā)光材料目前一頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點（優(yōu)選）無機功能材料長余輝發(fā)光材料目前二頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點長余輝發(fā)光材料定義：在陽光和紫外線照射停止后仍能發(fā)光，并具有較長余輝時間的材料。

又稱蓄光材料或夜光材料；內(nèi)含能量陷阱，包括ZnS、SrAl2O4中摻有Eu2+

、Ce3+、Dy3+、Ag+發(fā)光

發(fā)光過程：光致釋光或熱釋光目前三頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點1、發(fā)光原理激發(fā)停止后發(fā)光的余暉（afterglow）衰減到0.032mcd/m2（該值是人眼暗適應(yīng)條件下視覺靈敏閥的100倍）所需要的時間?！ぐl(fā)光的衰減有賴于電子進入導(dǎo)帶后的行為·陷阱在發(fā)光的弛豫過程中起非常重要的作用

—俘獲電子

—熱騷動的作用下放出電子

—可能同時存在多種陷阱

—發(fā)光的衰減是多種衰減過程的總和目前四頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點發(fā)光原理定義：在陽光和紫外線照射停止后仍能發(fā)光，并具有較長余輝時間的材料?；景l(fā)光原理是：①在材料制備的過程中，摻雜的元素在基質(zhì)中形成發(fā)光中心和陷阱中心，當受到外界光激發(fā)時，發(fā)光中心的基態(tài)電子躍遷到激發(fā)態(tài)，當這些電子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，形成發(fā)光。②一些電子在受激時落入陷阱中心被束縛光照撤除后，受環(huán)境溫度的擾動，束縛于陷阱的電子跳出陷阱落到基態(tài)，釋放的能量激發(fā)發(fā)光中心形成發(fā)光。③束縛于陷阱的電子逐漸跳出陷阱，因此發(fā)光表現(xiàn)為一個長時間的過程，即形成了長的余輝。目前五頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點2、光能的存儲和釋放光能的釋放（發(fā)光過程）發(fā)光的形式有兩種：1）升高溫度時，發(fā)光體釋出的光叫熱釋光。其發(fā)光強度對溫度的關(guān)系叫做熱釋光曲線。所得光和（總光能）叫做熱釋光和。2）在長波光作用下，發(fā)光體釋出的光叫做光致釋光。所得光和叫做光釋光和（閃光光和）。目前六頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點圖解：注：S為發(fā)光體貯存的光能t為時間目前七頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點2.1熱釋光低溫下激發(fā)熒光完全消失后，慢慢地升高溫度影響因素：陷阱的個數(shù)、陷阱的深度目前八頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點2.2光致釋光與光致猝滅含有深陷阱雜質(zhì)的熒光粉激發(fā)后，再用紅外或紅光照射，會出現(xiàn)：發(fā)光強度增強——光釋發(fā)光（Photostimulation）發(fā)光強度減弱——光致猝滅（Photoquenching)目前九頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點3、長余輝發(fā)光的應(yīng)用（1）傳統(tǒng)的“夜光粉”長余輝發(fā)光材料由于撤除光照后在黑暗中能較長時間的發(fā)光，所以人們將這種材料通俗地稱為“夜光粉”。傳統(tǒng)的夜光粉有兩大類：硫化物型和放射線激發(fā)型。硫化物型包括ZnS、CaS等，這類材料化學(xué)性能相對而言不太穩(wěn)定，在水分和紫外線的作用下容易水解或光解。但是這種材料的余輝時間一般在二、三個小時，使用壽命較短。放射線激發(fā)型是以摻入材料內(nèi)的放射物質(zhì)發(fā)出的輻射能量為激發(fā)源，激發(fā)發(fā)光中心而發(fā)光。這類材料由于含有放射性物質(zhì)而對環(huán)境和人類健康有害，已被大部分國家明令禁止使用。目前十頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點3、長余輝發(fā)光的應(yīng)用（2）新型發(fā)光材料例如：與透明瓷粉混合涂敷燒結(jié)，制成發(fā)光陶瓷；作為發(fā)光母粒加入塑料顆粒中，可以制成發(fā)光塑料板材或薄膜；與透明樹脂或粘結(jié)劑混合，可以制成各種用途的油漆或涂料新型的長余輝發(fā)光材料是九十年代被發(fā)現(xiàn)的，不含任何有害元素，性能穩(wěn)定，余輝時間長,特點如下：①以鋁酸鹽陶瓷材料為基質(zhì)，以稀土材料為形成發(fā)光中心和陷阱中心的摻雜元素，具有良好的夜間顯示功能。②以這種新型的長余輝發(fā)光材料為主，加以各種粘接材料，可以制成各種形式的夜間顯示或裝飾器件。

目前十一頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點3、應(yīng)用實例發(fā)光飾品目前十二頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點3、應(yīng)用實例發(fā)光陶瓷等工藝品目前十三頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點3、應(yīng)用實例指示牌等（有了夜光材料，就不用為了小小的指示牌而大動工程拉電線）目前十四頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點4、長余輝發(fā)光材料的發(fā)展4.1金屬硫化物的長余輝發(fā)光材料4.2鋁酸鹽長余輝發(fā)光材料4.3硅酸鹽長余輝發(fā)光材料4.4紅色長余輝發(fā)光材料目前十五頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點4.1金屬硫化物體系長余輝發(fā)光材料主要可分為兩大類:過渡金屬硫化物體系(Zn,Cd)S,以及堿土金屬硫化物體系(Mg,Ca,Sr)S。金屬硫化物體系是第一代長余輝發(fā)光材料。過渡金屬硫化物體系ZnSBCu長余輝發(fā)光材料經(jīng)逐步完善,在加入Co、Er等激活劑后,余輝時間由原來的200分鐘延長至500分鐘左右;但其最大缺點是不耐紫外線,在紫外線照射下會逐漸衰變,體色發(fā)黑。堿土金屬硫化物體系的研究主要集中于CaS體系,激活劑多為Bi3+

或者Eu2+

等稀土離子。發(fā)展歷程：在CaS為基質(zhì)研究的基礎(chǔ)上,90年代以后又通過改變基質(zhì)組分獲得了(Ca,Sr)S,(Ca,Mg)S,(Sr,Mg)S及SrS等體系的長余輝材料,其激活劑是Eu2+離子。特點：該體系的最大優(yōu)點是體色鮮艷,弱光下吸光速度快。目前十六頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點4.2鋁酸鹽體系長余輝發(fā)光材料1992年肖志國率先發(fā)現(xiàn)了以SrAl2O4：Eu,Dy為代表的多種稀土離子共摻雜的堿土鋁酸鹽型發(fā)光材料,由于Dy的加入使得長余輝發(fā)光材料的發(fā)光性能比SrAl2O4：Eu2+的大大提高,余輝時間可達ZnS：Cu的十倍以上。目前鋁酸鹽體系達到實用化程度的長余輝發(fā)光材料有人們較熟悉的發(fā)藍光的CaAl2O4：Eu,Nd;發(fā)藍綠光的Sr4Al14O25：Eu,Dy(標記為PLB,發(fā)射光譜峰值490nm)及發(fā)黃綠光的SrAl2O4：Eu,Dy(標記為PLO,發(fā)射光譜峰520nm),它們都有不錯的長余輝發(fā)光性能。目前十七頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點鋁酸鹽摻銪鏑的長余輝原理圖經(jīng)過二十多年的研究，世界各地的化學(xué)家對鋁酸鹽摻銪鏑的原理都提出自己的理解。其中，以Matsuzawa提出的空穴轉(zhuǎn)移模型和張?zhí)熘岢龅淖鴺宋灰颇Ｐ蜑榇碚f明。目前十八頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點空穴為轉(zhuǎn)移模型：通過電子和空穴的循環(huán)復(fù)合產(chǎn)生了長余輝發(fā)光。當SrAl2O4：Eu2+

中不摻雜Dy時,Eu2+

在光照的作用下發(fā)生4f→5d

躍遷,光電導(dǎo)測量表明,在4f基態(tài)產(chǎn)生的空穴通過熱激發(fā)釋放到價帶。同時,假設(shè)Eu2+

轉(zhuǎn)變?yōu)镋u+

。光照停止后,空穴與Eu復(fù)合,電子躍遷回低能級放出能量,此復(fù)合過程就是發(fā)光過程。摻雜Dy3+

后,Eu2+

所產(chǎn)生的空穴通過價帶遷移,被Dy3+

俘獲。從而假設(shè)Dy3+被氧化為Dy4+

。當光照的激發(fā)停止后,由于熱擾動的作用,Dy4+

將俘獲的空穴又釋放回價帶,空穴在價帶中遷移至激發(fā)態(tài)的Eu附近被其俘獲,這樣電子和空穴進行復(fù)合,于是產(chǎn)生了長余輝發(fā)光。此過程可以應(yīng)用空穴轉(zhuǎn)移模型解釋(1)。鋁酸鹽摻銪鏑的長余輝原理圖——空穴轉(zhuǎn)移模型目前十九頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點位移坐標模型：當電子受激發(fā)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)后一部分電子通過弛豫過程儲存在陷阱能級C中，當電子吸收能量重新躍回基態(tài)，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)光。A為Eu2+

的基態(tài),B為Eu2+

激發(fā)態(tài)能級,C為陷阱能級,它可以捕獲電子。陷阱能級可以是摻入的雜質(zhì)離子(如一些三價稀土離子)引起,也可以是基質(zhì)中的一些其他缺陷如氧空位所產(chǎn)生的。當電子受激發(fā)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)后(1),一部分電子躍遷回低能級而產(chǎn)生發(fā)光(2),另一部分電子通過弛豫過程儲存在陷阱能級C中(3)。當C中的電子吸收能量(熱能)時,重新受激發(fā)回到激發(fā)態(tài)能級B,然后躍遷回基態(tài)而產(chǎn)生發(fā)光。余輝時間的長短與儲存在陷阱能級C中的電子數(shù)量及吸收的能量(熱能)有關(guān),雜質(zhì)能級中的電子數(shù)量多,余輝時間長,吸收的能量多,使電子容易克服缺陷能級與激發(fā)能級之間的能量間隔Er,從而產(chǎn)生持續(xù)的發(fā)光現(xiàn)象。余輝強度則取決于陷阱能級C中電子在單位時間內(nèi)返回激發(fā)態(tài)能級B的速率。鋁酸鹽摻銪鏑的長余輝原理圖——位移坐標模型目前二十頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點鋁酸鹽體系長余輝發(fā)光材料的突出特點是:①余輝性能超群,化學(xué)穩(wěn)定性好。②光穩(wěn)定性好,與ZnS的耐光性對比實驗結(jié)果如下表1。③缺點是遇水不穩(wěn)定、發(fā)光顏色不豐富。4.2鋁酸鹽體系長余輝發(fā)光材料目前二十一頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點4.3硅酸鹽體系長余輝發(fā)光材料該材料在500nm以下短波光激發(fā)下,發(fā)出420~650nm的發(fā)射光譜,峰值為450~580nm,發(fā)射光譜峰值在470~540nm之間可連續(xù)變化,呈現(xiàn)藍、藍綠、綠、綠黃或黃顏色長余輝發(fā)光。(圖1是部分典型的硅酸鹽長余輝發(fā)光材料的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜,分別標記為SB,SBG,SG和SY,發(fā)射光譜峰值分別為469,490,509,540nm。)目前二十二頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點硅酸鹽系列長余輝發(fā)光材料的特點如下：①化學(xué)穩(wěn)定性好,耐水性強,(用5%的NaOH溶液浸泡,室溫下鋁酸鹽長余輝發(fā)光材料在2~3小時之后就不發(fā)光,而SB可在20天之內(nèi)保持發(fā)光性能不變。)②在某些行業(yè)如陶瓷行業(yè)應(yīng)用好于鋁酸鹽長余輝發(fā)光材料。③發(fā)光顏色多樣,

與鋁酸鹽長余輝發(fā)光材料互補。4.3硅酸鹽體系長余輝發(fā)光材料注：鋁酸鹽體系長余輝發(fā)光材料與硅酸鹽體系長余輝發(fā)光材料可稱為第二代長余輝發(fā)光材料。目前二十三頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點4.4紅色長余輝發(fā)光材料1997年肖志國改進了現(xiàn)有的紅色長余輝發(fā)光材料,主要組份化學(xué)表示式為:αMθ

·βLn2θ

’3·δR：Eux

,Rey

其中M為堿土元素;Ln為稀土元素;θ、θ’

θ’為O或S;R為助熔劑;Re為次激活劑,其中包含過渡元素。余輝性能提高到CaS：Eu的六倍以上水平,而且化學(xué)穩(wěn)定性好,長時間不分解,是長余輝行業(yè)的又一進步(分別標記為RO、REO,發(fā)射光譜峰值分別為630nm和626nm)目前二十四頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點5、長余輝發(fā)光材料的制備5.1高溫固相合成法5.2溶膠-凝膠(So-lgel)法5.3水熱合成法5.4燃燒法5.5共沉淀法……目前二十五頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點5.1高溫固相合成法對于長余輝發(fā)光材料的制備,一般采用高溫固相合成法。該方法是將達到要求純度、粒度的原料按一定比例稱量,并加入適量的助熔劑充分混合研磨,然后在一定的溫度、氣氛、加熱時間等條件下進行灼燒。①灼燒的最佳溫度、時間是由具體實驗確定;②灼燒的氣氛由具體材料確定,一般的長余輝材料是在還原性氣氛下進行的;③一些材料灼燒之后,還需經(jīng)洗粉、篩選等工藝才可得到所需的長余輝材料。目前二十六頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點5.2溶膠-凝膠(So-lgel)法溶膠-凝膠(So-lgel)法是應(yīng)用前景非常廣泛的合成方法,它主要優(yōu)點在于在較低的溫度下合成產(chǎn)品,且產(chǎn)品均勻性好、粒徑小,是一種有效的軟化學(xué)合成法。目前此法已成功地合成了銪激活的鋁酸鍶蓄光材料

。目前二十七頁\總數(shù)三十一頁\編于十六點5.3水熱合成法該法是以