長余輝發(fā)光材料簡述

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1、長余輝發(fā)光材料在陶瓷中的應用王少艷河北理工大學研究生學院，河北唐山063009摘要：本文介紹了長余輝發(fā)光材料以及這種材料在陶瓷工藝中的應用。關鍵字：長余輝，陶瓷，ZnSTheapplicationsinceramicsprocessofthelongafterglowphosphorescencematerialWANGShao-yan(GraduateSchool,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China)Abstract：Thepaperintroducesthelongaf

2、terglowphosphorescencematerialanditsapplicationsinceramicsprocess.Keywords：longafterglow，ceramics，ZnS.0引言如何定義發(fā)光物質(zhì)呢？適當?shù)牟牧衔崭吣茌椛洌又桶l(fā)出光，其發(fā)射的光子的能量比激發(fā)輻射的能量低。具有這種發(fā)光行為的物質(zhì)就稱為發(fā)光物質(zhì)。[1]按照不同的激發(fā)方式可以分為光致發(fā)光材料、陰極射線發(fā)光材料、電致發(fā)光材料、化學發(fā)光材料等等。本文涉及的是屬于光致發(fā)光材料的長余輝發(fā)光材料，俗稱夜明材料。1866年法國的Sidot首先完成了ZnS:Cu

3、的制備,最早開展了這一系列長余輝發(fā)光材料的研究工作。直至20世紀初長余輝發(fā)光材料真正的實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，也是從那時起，始終是ZnS系列產(chǎn)品占據(jù)著長余輝發(fā)光材料行業(yè)的主導地位。到了20世紀90年代，人們開始發(fā)現(xiàn)和關注具有良好發(fā)光性能和獨特長余輝特性的稀土離子摻雜的長余輝材料，迎來了日趨成熟的超長余輝材料的研究與應用的全新時代。近年來，稀土離子摻雜的長余輝材料已經(jīng)廣泛應用于隱蔽照明和緊急照明設施、航空、航海和汽車等儀表顯示盤等領域，也有人把稀土離子摻雜的長余輝材料應用于陶瓷制備工藝。1發(fā)光材料的發(fā)光與長余輝機理激活劑基態(tài)電子陷阱激發(fā)態(tài)237654

4、1價帶導帶材料在受激停止后繼續(xù)發(fā)出的光稱為余輝。余輝持續(xù)的時間稱為余輝時間，小于1μs的余輝稱作超短余輝，1-10μs間的稱為短余輝，10μs-1ms間的稱為中短余輝，1-100ms間的稱為中余輝，100ms-1s間的稱為長余輝，大于1s的稱為超長余輝。[1]長余輝材料的發(fā)光機理現(xiàn)在發(fā)展的并不健全，屬于百家齊鳴的狀態(tài)。左圖給出了能級陷阱模型可以用來解釋長余輝材料的發(fā)光機理，并且受到大多數(shù)人的支持和贊同。其具體機理如下：激活劑（施主）被摻入基質(zhì)后，在禁帶中靠近導帶的位置形成一系列雜質(zhì)能級，對在導帶運動的電子起陷阱作用，電子可能在陷阱中停留很長的

5、時間，只有在外力作用下才會被釋放；在光子的激發(fā)下，電子從激活劑基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)（過程1）；若電子直接返回基態(tài)能級即產(chǎn)生瞬時發(fā)光現(xiàn)象（過程2），就是熒光發(fā)射；光激發(fā)還會使一些電子躍遷到導帶上（過程3），并被限制在陷阱中（過程4）；如果處于能級陷阱中的電子得到足夠的能量E，它們就會從陷阱中釋放出來（過程5），這是，它們可能是被陷阱重新俘獲，也可能是通過導帶躍遷到激活劑基態(tài)（過程6），與發(fā)光中心復合，引起長時間的發(fā)光即余輝。余輝的長短與被陷阱俘獲的電子的數(shù)量N以及這些電子獲得的能量E有關：N越多，余輝時間越長；E在一定范圍內(nèi)越多，余輝時間越長，但當

6、達到可以使陷阱中電子全部釋放的值是，就不會有助于余輝時間的延長。長余輝發(fā)光材料分為自發(fā)光型長余輝發(fā)光材料和蓄能型長余輝發(fā)光材料。前者又叫永久發(fā)光材料，它不需要借助任何外界的能量進行激發(fā)，通過自身含有的放射性同位素在蛻變中發(fā)射的粒子進行激發(fā)，由于放射性同位素發(fā)射粒子是不間斷的、均勻的、穩(wěn)定的，所以自發(fā)光材料可以持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)光，其余輝時間取決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粒子激發(fā),后來則采用人工合成的β型發(fā)射性元素一提高余輝性能和降低輻射傷害.后者是指在人日光或紫外光等光源短時間照射，關閉光源后，仍能在很長時間內(nèi)持續(xù)發(fā)光的

7、材料。2長余輝發(fā)光材料以及該材料在陶瓷工藝中的應用1.1金屬硫化物系列長余輝發(fā)光材料金屬硫族化合物是一種十分重要的無機發(fā)光材料，應用十分廣泛。金屬硫族化合物的通式MX，M包括Mg、Zn、Cd和Ca等金屬離子，X包括O、S、Se和Te陰離子。這類化合物是很多過度元素發(fā)光激活劑的高效基質(zhì)材料，如Ag、Cu、Mn和Pb等。ZnS、CaS是目前研究最多、應用最廣的兩類金屬硫化物系列長余輝發(fā)光材料。不含雜質(zhì)的ZnS之所以能發(fā)光，主要是由于Zn和S的比例嚴重偏離（可能達到百分之幾）嚴格的化學計量，S缺陷使晶體發(fā)光中心來源于助熔劑的鹵素對S缺陷的形成具有促

8、進作用。加入激活劑Cu后，Cu以Cu+存在，Cu的位置有4種可能：（1）處于晶格間隙；（2）與鹵素陰離子共同組成發(fā)光中心；（3）處于晶格缺陷附近；（4）處于無序的格