淺談長余輝發光材料發光機理研究

覃錦蘭

（廣州工程技術職業學院石化工程系，廣東廣州 510900）

淺談長余輝發光材料發光機理研究

覃錦蘭

（廣州工程技術職業學院石化工程系，廣東廣州 510900）

長余輝發光材料亦稱之為磷光材料，是一種重要的發光材料，在工農業、消防、日常生活中都發揮著重要的作用。簡述長余輝發光材料的研究進展，介紹長余輝發光材料的最新研究成果，剖析長余輝發光材料發光機理，對長余輝發光材料有著積極的研究參考作用。

長余輝發光材料；發光機理；余輝

長余輝發光材料，亦稱之為磷光材料，是指材料被光激發停止后，材料依然發光的一種材料。長余輝發光材料實際上是一種能在吸收光能的同時把光能量存儲起來，等光激發停止后，還能繼續把這些光能量慢慢釋放出來，持續的時間可以是短短的幾分鐘也可以是長達幾十個小時。長余輝發光材料是常見的發光材料，應用非常廣泛，如環衛工人的工作服，發光涂料、發光塑料、發光玻璃和發光陶瓷等夜光產品，背光顯示、甚至應用于生物醫學檢測探針，對我們日常生活也發揮著非常重要的作用。

余輝其實就是在撤去光源后發出的光，這種現象在我們古代的時候就有發現，比如說夜光杯或是夜明珠在夜間發出的夜光，但那時候人們并沒有對這種現象進行深入的研究，直到20世紀初，第二次世界大戰軍事和防空的需要，進一步促進了這種功能材料的研究和應用。在1866年，法國化學家Theodore Sidot初次成功制備了ZnS：Cu，該晶體經過激發光源后，能發出長余輝。這種晶體的成功制備是長余輝發光材料的一個里程碑，大大地激發著科研人員進一步研究長余輝發光材料，也就是從20世紀初，長余輝得到了迅猛的發展。

長余輝發光材料為什么能夠存儲光能，它是怎么存儲怎么釋放的呢？這個問題一直都是長余輝研究者面對的難題，因為這里面涉及到了長余輝發光材料的發光機理。對于長余輝的發光機理，很早就有人提出疑問，只是由于長余輝材料的多樣性，加上材料中所存在陷阱的復雜性和現階缺乏有效的段測試手段，長余輝發光材料的機理研究一直取不到較大的進步，到現階段為止，國內外的研究者也都還沒有承認任何一個長余輝發光機理的模型，大家都是莫衷一是，即便如此，以下這幾個模型還是得到大多數研究者的承認的。一：空穴轉移模型：以SrAl2O4：Eu2+，Dy3+黃綠色的長余輝發光材料為研究對象。SrAl2O4：Eu2+，Dy3+是一種典型的長余輝發光材料，從它發現到現在，國內外研究人員對它進行了前赴后繼的研究，特別是在其發光機理上面。當激發停止后，空穴馬上熱致逃逸，Dy4+所俘獲的空穴重新釋放到價帶上面去，理論上空穴可以在價帶中自由移動，當遇到激發態的Eu+時會與Eu+發生復合，從而產生Eu2+的特征長余輝發光（2.38 eV）。其實整個過程就是光激發產生空穴，空穴遷移然后再復合，產生長余輝發光。空穴轉移模型的合理性至今還有人在商討，因為沒有儀器能檢測出Eu+是否真的存在。其次是Dy4+的出現，嚴格來說，Dy3+是屬于性能較穩定的三價的鑭系元素，僅僅是光照條件下，很難讓Dy3+轉變成為Dy4+。二：位型坐標模型：針對空穴轉移模型所存在的不足，位型坐標模型也被越來越多人所承認。就拿Eu2+來做示例；用一曲線A代表著Eu2+的基態，曲線B代表著Eu2+的激發態，曲線C代表著Eu2+的陷阱，E代表著陷阱能級，陷阱的產生與摻如的稀土元素有關，在高溫條件下，稀土元素取代原有的金屬元素的時候，晶格畸形也會隨即產生，就會形成陷阱。當Eu2+收到光（紫外光，紅外光等）的激發的時候，會吸收能量，躍遷到激發態。在激發態的Eu離子從激發態直接到基態，發出熒光。同時也有一部分通過弛豫過程存儲到了陷阱里面，等到外界提供一定量的能量的時候，存儲在陷阱里面的離子會重新釋放出來后，從激發態到基態躍遷，最后形成長余輝發光。長余輝發光材料的余輝時間能持續多久，取決于陷阱里面所捕獲的離子的密度和釋放的速度；余輝時間的強弱則取決于缺陷捕獲電子在單位時間內返回激發態能級的數量。而對于陷阱能級（E），則是取決材料能否產生長余輝發光的重要因素，如果陷阱能級太小的話，則很難區分是發熒光還是長余輝，如果陷阱太深，則里面所捕獲的電子很難被重新釋放出來。也就是說，只有合適的陷阱能級，才能觀察到長余輝現象。三：氧空位模型認為，MeAl2O4：Eu2+，Re3+的長余輝發光與晶體內部的晶格缺陷相關。因為在合成過程中，運用了弱的還原氣氛作為保護氣氛，在高溫條件下導致晶格中形成O2-空位V0，這個空位V0帶有兩個單位的正電荷，會對晶體場中的電子具有庫侖引力，可以俘獲電子。當長余輝發光材料受光激發（紫外，紅外，可見光）的時候，Eu2+的基態4f7電子向激發態4f65d1躍遷。

長余輝發光材料在現實生活中有著非常廣泛的應用。在環衛工人的衣服，警察，危險地帶等經常用的警示標志等都是用長余輝發光材料制成的。此外，還可以將它制成發光釉面磚、發光陶瓷、發光塑料、發光油墨、發光布料、發光紙等，裝飾日常生活用品，美化人們的生活，增加生活的樂趣。研究和開發這種很有發展前途的發光材料，是當今科研工作的熱門課題。

［1］ 孫家躍，杜海燕，胡文祥.固體發光材料［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［2］ 劉應亮，丁紅.長余輝發光材料研究進展［J］.無機化學學報，2001，17（2）：181.

［3］ 羅昔賢，于晶杰，林廣旭，等，長余輝發光材料研究進展［J］.發光學報，2002，22（5）：497-502.

Study on Luminescence Mechanism of Long Afterglow Luminescent Materials

Qin Jin-lan

Long afterglow luminescent material，also known as phosphorescent material，is an important luminescent material，which plays an important role in industry and agriculture，fi re fi ghting and daily life.The research progress of long afterglow luminescent materials is reviewed.The latest research results of long afterglow luminescent materials are traced back，and the luminescence mechanism of long afterglow luminescent materials is analyzed，which has a positive reference for long afterglow luminescent materials.

long-lasting light-emitting materials；luminescence mechanism；afterglow

TB34

B

1003-6490（2016）07-0059-01

2016-07-13

覃錦蘭（1988—），女，廣西平南人，初級教師，主要研究方向為化學。