长余辉发光材料简述

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1、长余辉发光材料在陶瓷中的应用王少艳河北理工大学研究生学院，河北唐山063009摘要：本文介绍了长余辉发光材料以及这种材料在陶瓷工艺中的应用。关键字：长余辉，陶瓷，ZnSTheapplicationsinceramicsprocessofthelongafterglowphosphorescencematerialWANGShao-yan(GraduateSchool,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China)Abstract：Thepaperintroducesthelongaft

2、erglowphosphorescencematerialanditsapplicationsinceramicsprocess.Keywords：longafterglow，ceramics，ZnS.0引言如何定义发光物质呢？适当的材料吸收高能辐射，接着就发出光，其发射的光子的能量比激发辐射的能量低。具有这种发光行为的物质就称为发光物质。[1]按照不同的激发方式可以分为光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、化学发光材料等等。本文涉及的是属于光致发光材料的长余辉发光材料，俗称夜明材料。1866年法国的Sidot首先完成了ZnS:Cu的制

3、备,最早开展了这一系列长余辉发光材料的研究工作。直至20世纪初长余辉发光材料真正的实现了工业化生产，也是从那时起，始终是ZnS系列产品占据着长余辉发光材料行业的主导地位。到了20世纪90年代，人们开始发现和关注具有良好发光性能和独特长余辉特性的稀土离子掺杂的长余辉材料，迎来了日趋成熟的超长余辉材料的研究与应用的全新时代。近年来，稀土离子掺杂的长余辉材料已经广泛应用于隐蔽照明和紧急照明设施、航空、航海和汽车等仪表显示盘等领域，也有人把稀土离子掺杂的长余辉材料应用于陶瓷制备工艺。1发光材料的发光与长余辉机理激活剂基态电子陷阱激发态2376541价带

4、导带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1μs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。[1]长余辉材料的发光机理现在发展的并不健全，属于百家齐鸣的状态。左图给出了能级陷阱模型可以用来解释长余辉材料的发光机理，并且受到大多数人的支持和赞同。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

5、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。余辉的长短与被陷阱俘获的电子的数量N以及这些电子获得的能量E有关：N越多，余辉时间越长；E在一定范围内越多，余辉时间越长，但当达到可以使

6、陷阱中电子全部释放的值是，就不会有助于余辉时间的延长。长余辉发光材料分为自发光型长余辉发光材料和蓄能型长余辉发光材料。前者又叫永久发光材料，它不需要借助任何外界的能量进行激发，通过自身含有的放射性同位素在蜕变中发射的粒子进行激发，由于放射性同位素发射粒子是不间断的、均匀的、稳定的，所以自发光材料可以持续、稳定的发光，其余辉时间取决于所含放射性同位素的半衰期。最初采用天然放射性元素α粒子激发,后来则采用人工合成的β型发射性元素一提高余辉性能和降低辐射伤害.后者是指在人日光或紫外光等光源短时间照射，关闭光源后，仍能在很长时间内持续发光的材料。2长余

7、辉发光材料以及该材料在陶瓷工艺中的应用1.1金属硫化物系列长余辉发光材料金属硫族化合物是一种十分重要的无机发光材料，应用十分广泛。金属硫族化合物的通式MX，M包括Mg、Zn、Cd和Ca等金属离子，X包括O、S、Se和Te阴离子。这类化合物是很多过度元素发光激活剂的高效基质材料，如Ag、Cu、Mn和Pb等。ZnS、CaS是目前研究最多、应用最广的两类金属硫化物系列长余辉发光材料。不含杂质的ZnS之所以能发光，主要是由于Zn和S的比例严重偏离（可能达到百分之几）严格的化学计量，S缺陷使晶体发光中心来源于助熔剂的卤素对S缺陷的形成具有促进作用。加入激

8、活剂Cu后，Cu以Cu+存在，Cu的位置有4种可能：（1）处于晶格间隙；（2）与卤素阴离子共同组成发光中心；（3）处于晶格缺陷附近；（4）处于无序的格