发光材料10.ppt

1、第十章 发光材料,一、发光材料的分类,按激发方式可分为： （1）光致发光材料：发光材料在光（通常是紫外光、红外光和可见光）照射下激发发光。 （2）电致发光材料：发光材料在电场或电流作用下的激发发光。 （3）阴极射线致发光材料：发光材料在加速电子的轰击下的激发发光。 （4）热致发光材料：发光材料在热的作用下的激发发光。 （5）等离子发光材料：发光材料在等离子体的作用下的激发发光。,二、材料的发光机理,1、材料的发光机理 1）分立中心发光：发光材料的发光中心（即发光体内部在结构中能发光的分子）受激发时并未离化，即激发和发射过程发生在彼此独立的、个别的发光中心内部的发光叫做分立中心发光。又分为：a

2、自发发光：受激发的粒子，受粒子内部电场作用从激发态A而回到基态G时的发光。B 受迫发光：受激发的电子只有在外界因素的影响下才发光。 2）复合发光：发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为正离子（空穴）和电子，这两种粒子在复合时便发光。,2、发光材料的发光特征,1）颜色特征：不同的发光材料有不同的发光颜色，已有发光材料的种类很多，它们发光的颜色足可覆盖整个可见光的范围。材料的发光光谱（发射光谱）可分为下列三种类型： 宽带：半宽度100nm，如CaWO4； 窄带：半宽度50nm，如Sr（PO4）4Cl：Eu3+； 线带：半宽度0.1nm，如GdVO4：Eu3+； 材料的发光光谱与基质有关

3、，还与杂质有关。而且随着基质的改变，发光的颜色也可改变。,2）发光强度特征,通常用发光效率来表征材料的发光本领。发光效率有三种表示方法：量子效率、能量效率及光度效率。量子效率是指发光的量子数与激发源输入的量子数的比值；能量效率是指发光的能量与激发源输入的能量的比值。 3）发光持续时间特征 发光最初分为荧光和磷光两种。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。但发光总是延迟于激发的。在应用中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，简称为余辉。,现在，根据余辉时间的长短，可以划分为六个范围：

4、（1）极短余辉：余辉时间1us的发光； （2）短余辉：余辉时间110us的发光； （3）中短余辉：余辉时间10-21ms的发光； （4）中余辉：余辉时间1100ms的发光； （5）长余辉：余辉时间10-11s的发光； （6）极长余辉：余辉时间11ms的发光。,三、光致发光材料,用紫外光、可见光及红外光激发发光材料的现象称为光致发光，这种发光材料称为光致发光材料。 光致发光是一种三步过程：1）吸收一个光子；2）把激光能转移到荧光中心；3）由荧光中心发射辐射。发光的滞后时间约为10-8s的称为荧光，衰减时间大于10-8s的称为磷光。 光致发光材料一般可以分为荧光灯用发光材料、长余辉发光材料和上转换

5、发光材料。如果按发光弛豫时间分类，光致发光材料又可分为荧光材料和磷光 材料两种。,1、荧光材料,荧光效率是荧光材料的重要特征之一。吸收光转变为荧光的百分数称为荧光效率。在无干扰的理想情况下，材料的发射光量子数等于吸收光量子数，即荧光效率为1。实际上，荧光效率总是小于1。 荧光材料主要是以苯环为基的芳香族化合物和杂环化合物。如：酚、蒽、荧光素、罗明达、荧光染料以及某些液晶。见表所示。,2、磷光材料,磷光材料的主要组成部分是基质和激活剂两部分。用作基质的有第族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐等。用作激活剂的是重金属。如ZnS、CdS，Ag、Cu、Mn是最好的激活剂。 就

6、应用而言，磷光材料比荧光材料更普遍。一些灯用荧光粉，实际就是磷光材料。见表9-2。 稀土三基色荧光粉分别是红粉、绿粉、蓝粉按一定比例混合而成。是新一代灯用荧光材料。,Y2O3：Eu3+是效率高、色纯度好、光衰性能稳定而唯一达到制灯要求的稀土红粉。在 提高材料性能上，加入一定量的La、Gd、Ta、Nb等元素，或者氧化物可提高其发光亮度和稳定性。现已报导新的红粉有：YVPO4.BO3：Eu3+、 InVBO3：Eu3+、 LaMgB5O10：Eu3+、 LaSiO3.（F.Cl）：Eu3+、 Ba2（Gd2-xYx）（Si4-yGey）O13：Eu3+等。,绿粉在稀土三基色荧光粉中，对灯的光通量、

7、显色性等起主要作用。这类材料的品种最多。有MgAl11O19：Ce3+、Tb3+，Y2SiO4： Ce3+、Tb3+，LaPO4： Ce3+、Tb3+，它们的发光都是由Tb3+的5D4-7F5跃迁所引起的，主要发光谱线为5D4-7F5跃迁对应的543nm线。 蓝粉有铝酸盐体系和卤酸盐体系。如Sr10（PO4）6Cl：Eu2+，（SrCa）10（PO4）6Cl：Eu2+、 （SrCaBa）10（PO4）6Cl：Eu2+。蓝粉中Eu2+的发光 属于4fn-4fn-15d跃迁，其发光峰值明显地依赖基质的改变。,3、光致发光材料的应用,光致发光材料主要应用于显示、显像、照明及日常生活中。 如洗涤增白剂

8、、荧光涂料、荧光化妆品、荧光染料等都使用了荧光材料。一些灯用荧光粉材料属于磷光材料，用它可制成高光效和高显色性的荧光灯。,四、射线致发光材料,射线致发光材料可分为阴极射线致发光材料和放射线致发光材料两种。阴极射线致发光是由电子束轰击发光物质而引起的发光现象。放射线致发光是由高能的、射线或X光射线轰击发光物质而引起的发光现象。 阴极射线致发光材料是由电子束激发材料发光，其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特。由于光致发光时，紫外线光子能量仅56电子伏特，甚至更低，因此光致发光材料在电子束激发下都能发光，有些材料没有光致发光效应，却有阴极射线发光功能。因此，常用的阴极射线致发光材料主要是

9、荧光粉与激发剂组成的复合物质。,1、阴极射线致发光材料,1）氧化物荧光粉：如ZnO：Zn，发青绿光； 2）硫化物荧光粉：硫化锌和硫化镉为代表，常以Ag、Cu作为激活剂。特点是亮度高，改变激活剂的用量能够改变发光颜色； 3）硅酸盐荧光粉：以Zn2SiO4：Mn为代表；特点是具有高度的稳定性，对杂质的污染不敏感，能承受较大的过热和电流等； 4）钨酸盐荧光粉：CaWO4：W； 5）稀土族荧光粉：特点是发光效率高，耐电子和离子的轰击性能好。如Y2O3：Eu发红光，Y2SiO5：Ce发绿光。,阴极射线致发光材料是发光材料中应用最广泛的一种，主要用于电视、示波器、雷达、计算机等各种荧光屏和显示器方面，其中以彩色电视的阴极射线管（CRT）发展最快。见表9-6。,五、等离子发光材料,1、等离子体 等离子体是高度电离化的多种粒子存在的空间。其特征是： 1）气体高度电离 2）具有很大的带电粒子浓度 3）等离子体具有电振荡的特性 4）等离子体具有加热气体的特性 等离子发光主要是利用了稀有气体中冷阴极辉光放电效应。 气