淺談蓄光型發光材料

徐藝嘉

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

淺談蓄光型發光材料

徐藝嘉

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074）

發光材料作為一種基礎材料有著廣泛的應用，本文系統介紹了其發展歷程，簡述了目前市場上常見的幾種發光材料，硫化物體系蓄光型、鋁酸鹽體系蓄光型、硅酸鹽體系蓄光型，對第三代稀土類蓄光型發光材料的組成及發光機理進行重點介紹，闡述了它的應用及現狀以及筆者對第三代發光材料的展望。

發光材料；稀土類蓄光型；應用

0 引言

發光材料一經發現就引起了人們極大的研究興趣，最早的發光材料可以追溯到居里夫人發現鐳元素時，經過人們對第一代以硫化鋅為代表的發光材料的研究，第二代對稀土離子發光的發光材料的研究之后，第三代對稀土元素激活的堿土鋁酸鹽、硅酸鹽發光材料的研究已引起了業界的極大重視。本文簡述了第一、第二代發光材料，著重介紹了第三代稀土類發光材料。

1 發光材料

發光材料，就是在受到外界激發后能夠自行發光的材料。發光現象是由稀土金屬的化合物和半導體材料的粉末、單晶、薄膜或非晶體等形態在受到射線、高能粒子、電子束、外電場等的激發后產生的。被激發的能量會以光或熱的形式釋放出來。通常將發光材料分為兩種：自發光型和蓄光型。所謂自發光型材料，就是依靠材料自身的放射性物質，任意試件都可發光。蓄光型材料很少含有放射性物質，但需要吸收且儲存足夠的外部光能才能實現持續發光。熒光劑就是一種蓄光型發光材料，它吸收并儲存來自外界的自然光、紫外光等照射的光能，在光照停止后將所儲存的光能緩慢的以可見光的形式釋放出來，發光的過程能夠持續幾小時甚至十幾小時。

2 蓄光型發光材料

2.1 硫化物體系蓄光型發光材料

硫化物體系蓄光型發光材料主要包括過渡金屬的硫化物ZnS、CdS和堿土金屬的硫化物MgS、CaS[1-3]。早在1866年，發綠光的ZnS由法國研究者率先制備出來，之后又經過一系列深度的研究，多種硫化物體系長余輝材料相繼研發出來。硫化物體系材料就是通常所說的第一代長余輝發光材料，雖然投入到應用領域的時間最長，卻存在著化學性質不穩定、易潮解、亮度低、余輝時間短等的缺點。

2.2 鋁酸鹽體系蓄光型發光材料

其主要有發藍紫色光的CaAlO4∶EU,Nb，發藍綠色光的SrAl14O25∶Eu,Dy，黃綠色的SrAl2O4∶Eu,Dy等多種稀土離子共摻雜堿土[4-5]。鋁酸鹽長余輝發光材料性能優于第一代的硫化物體系蓄光型發光材料，有著發光效率高、光穩定性好的優點[6]，但它也存在著合成溫度高、遇水不穩定、發光顏色不豐富、生產成本高等缺點。稀土元素環保可靠、不具備放射性、無毒無害，因此這種類型的發光材料在交通、建筑潢等眾多領域被廣泛應用。

2.3 硅酸鹽體系蓄光型發光材料

目前這類材料中，以銪、鏑激活的發藍光的Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+性能最佳，尤其是在發光亮度以及余輝時間上，以銪、鏑激活的發光材料要明顯優于銪、釹激活的鋁酸鹽體系發光材料[7]。良好的化學穩定性和熱穩定性，以及發光顏色多樣都是硅酸鹽體系類蓄光型發光材料明顯優勢。因此，一直以來人們都十分重視對它的研究。雖然有著以上種種優點，且其原料二氧化硅廉價、易得，燒制溫度也明顯低于鋁酸鹽體系蓄光型發光材料，但總體來說，硅酸鹽體系材料的發光性能不及鋁酸鹽體系材料的發光性能，還有待進一步的研究。

3 發光機理

蓄光型發光材料在合成的過程中，會在所形成晶體的晶格中產生缺陷，經過光照吸收能量，后才會產生發光功能。產生的缺陷分為結構缺陷和雜質缺陷兩種類型。結構缺陷（晶格缺陷），就是晶格點間產生了空位和離子，這種由材料結構缺陷而產生的發光現象稱為自激活發光。而雜質缺陷則是在制備發光材料的過程中，某種元素與基質材料在高溫條件下融合，改變了晶格的形狀而形成，并產生缺陷能級。我們實際應用中的各種蓄光型發光材料的發光大多是由于雜質缺陷引發的，這部分發光材料也被稱為激活型發光材料。余輝時間的長短與雜質能級的電子數量和吸收能力能量的多少成正比，電子越多、吸收能量越多，電子就更容易克服缺陷能級與激發態能級之間的能級間隔從而產生更持續的發光現象。

4 現狀及應用

稀土元素激活的堿土鋁酸鹽、硅酸鹽發光材料具有的無放射性，高效環保等優點，發光持續時間長、優良的耐久性、穩定性等特點，使得此類發光材料早已被應用于建筑、交通等諸多領域。我國對發光材料的研究起步較晚，但從上世紀開始研究以來，歷經80年代清華大學、紡織科學研究所，90年代大連路明公司以及近幾年北京上海等企業對發光材料的深入研究，目前我國對發光材料的研制已經處于世界先進水平。多種由發光材料生產單位提供的二級自發光材料[9-13]為加工企業帶來更多應用的可能性。

5 總結及展望

全球80%的稀土資源在我國境內，這一得天獨厚的優勢將帶動我國對稀土資源的有效合理利用。目前我國在稀土功能材料的開發、應用技術、深加工領域仍落后于世界水平，但在濃厚的科研氛圍、良好的產業基礎，充裕的原材料保證下，我國發光材料的發展必將進入一個嶄新的時代。

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1007-6344（2017）01-0258-01