稀土长余辉发光材料的发展、发光机理和应用

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1、稀土长余辉发光材料的发展、发光机理及应用李沣刘志宇黄云翔史怡摘要：产品中的每一种材料在其中都发挥着其它材料所无可替代的作用，长余辉发光材料就是这众多材料中的一种。它，用量少，但是它长时间发出的余辉，确实很好地解决了许多看似不起眼但是实际办起来又很棘手的问题。关键词：长余辉发光、硫化物、铝酸盐、稀土金属离子、空穴、缺陷能级1.相关概念1.1荧光与磷光最初的发光分为荧光及磷光两种。荧光是指在激发时发出的光，磷光是指在激发停止后发出的光。由于瞬态光谱技术的发展，现在对荧光和磷光不作严格区别，荧光和磷光的时间界限已不清楚。但发光总是延迟于激发的，目前从概念上区分这两种发光的判据是从激发到发射是否经历了

2、中间过程。发光的衰减规律常常很复杂，很难用一个反映衰减规律的参数来表示，所以在应用中就硬性规定当激发停止时的发光亮度L衰减到L0的10%时所经历的时间为余辉时间，简称余-8-8-8辉。一般以持续时间10s为分界，短于的10s称为荧光，长于10s的称为磷光。1.2吸收光谱与激发光谱吸收光谱是描述吸收系数随入射光波长变化的谱图。发光材料的吸收光谱主要决定于材料的基质，激活剂和其他杂质对吸收光谱也有一定影响。多数情况下，发光中心是一个复杂的结构，发光材料基质晶格周围的离子对它的性质会产生影响，也可以是由发光材料制备中形成的基质晶格的空位决定。被吸收的光能一部分辐射发光，其余的以晶格振动等非辐射方式消

3、耗掉。大多数发光材料主要吸收带在紫外光谱区。激发光谱是指发光材料在不同波长的激发下，该材料的某一发光谱线的发光强度与激发波长的关系。激发光谱反映了不同波长的光激发材料的效果。一个有价值的长余辉发光材料应在可见光与长紫外线区域内有较好的吸收与激发效果。1.3发射光谱与磷光光谱发射光谱是指在某一特定波长的激发下，所发射的不同波长光的强度或能量分布。许多发光材料的发射光谱是连续谱带，由一个或几个峰状的曲线所组成，这类曲线可以用正态分布曲线表示。还有一些材料的发射光谱比较窄，甚至呈谱线状。发射光谱与激发光谱强度、波长，温度有关。对于长余辉发光材料，由于实际应用的是切断激发光源后的发光，因此磷光光谱是一

4、个重要的指标。其具体测试方法是先用某一波长的激发光激发材料，然后关闭激发光，检测此时的发射光谱，即是磷光光谱。有些材料的磷光光谱与发射光谱形状相同，有些不同，这是因为某些能级间的跃迁占优势。1.4光通量光源在单位时间、向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通量，即光源所放射出光能量的速率或光的流行速率，用Φ表示，单位为流明(lm)，它与光源的辐射强度有关，还与波长有关。1.5光的照度光照度是表明物体被照明程度的物理量。光照度与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关，大小与光源的光强和光线的入射角的余玄成正比，而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。光照度可用照度计直接测量。光照度的单位是勒

5、克斯，英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。1.6发光强度光源某方向单位立体角内发出的光通量定义为光源在该方向上的发光强度，其单位为坎德拉(cd)，用符号I表示。Ｉ=Φ/Ｗ，Ｗ为光源发光范围的立体角，立体角是一个锥形角度，用球面来测量，单位为球面度(Sr)。Φ为光源在Ｗ立体角内所辐射出的总光通量。1.7亮度2亮度是光度学量，单位为尼特或坎德拉每平方米(1nt=1cd/m)，表示颜色的明暗程度。光度学量是生理物理量，不仅与客观物理量有关，还与人的视觉有关。亮度表示的是发光体元表面ｄσ在其与法线成θ角的方向上，通过ｄΩ立体角

6、的光通量，即B=dΦ/(dσcosθdΩ)，Φ为光通量。θ亮度还可以用1931CIE-XYZ系统的γ坐标表示780γ=k∫φ(λ)y(λ)dφ380φ(λ)——测试样品的光谱（波长）功率分布；y(λ)——CIE标准色度观察者光谱刺激值函数；也即人眼的光谱视效率函数。1.8长余辉发光材料长余辉发光是一种光致发光现象，是指在激发光停止照射后物质仍能够持续发光的现象。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。具有利用阳光或灯光储光，夜晚或在黑暗处发光的特点，是一种储能、节能的发光材料。长余辉材料不消耗电能，但能把吸

7、收的自然光储存起来，在较暗的环境中呈现出明亮可辨的可见光，具有照明功能，可以起到指示照明的作用，是一种“绿色”光源材料。尤其是稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料的余辉时间可达12h以上，具有白昼蓄光、夜间发射的长期循环蓄光、发光的特点，有着广泛的应用前景。1.9长余辉材料的相关指标对于长余辉发光材料，有两个重要指标，一个是初始亮度，也就是激发光源关闭时的亮度值；另一个是余辉时间，也就是发光在人眼可视的