发光材料与应用

发光材料与应用当某种物质受到激发（射线、高能粒子、电子束、外电场等）后，物质将处 于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分的能量是位 于可见，紫外或是近红外的电磁辐射，此过程称之为发光过程。或者说，发光就是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，这种发 射过程具有一定的持续时间。能够实现上述过程的物质叫做发光材料。在实际应用中，将受外界激发而发 光的固体称为发光材料。它们可以晶体，非晶，纳米晶，薄膜等形态使用，主要 组分是稀土金属的化合物和半导体材料，与有色金属关系很密切。在高激发密度下，许多物质能产生发光，但并不是这些能发光的物质都成为 发光材料。通常人们所说的发光材料基本上指该种材料主要用于发光方面的应 用，或者是在某种场合下主要作为发光材料应用。发光材料把某种形式的激发能量转化为发光能，因此对于一个有效的发光 材料应具备如下的要求：1能够有效地吸收激发能量； 2能够把吸收的激发能量有效的传递给发光中心； 3发光中心具有高的辐射跃迁效率。发光材料的构成主要有以下三种形式：1. 由多晶或单晶形态的基质材料和激活剂（发光中心）组成，也可能加入起 到能量传递作用的敏化剂；2. 只有基质材料，利用某种本征缺陷作为发光中心；3. 只有基质材料，利用本征激子态或带边电子态产生发光。 基质：某种绝缘体或半导体材料，形成基本的能带结构。对于激发能量的吸 收起到主要作用。激活剂：掺杂进入机制的某种离子或基团，通常是高效的发光中心，例如稀 土离子，过渡族金属离子等。激活剂可以在基质形成的能带结构的禁带中形成鼓 励的能级系统，通过这些能级产生发光所需的基态和激发态。敏化剂：掺杂进入机制的某种离子，起到能量传递作用。某能量从吸收处传 递到发光中心。发光材料的种类很多。 按材料的性质来说，可以分为有机发光材料和无机发光材料。常见的有机发 光材料又可以根据结构的不同分为有机小分子发光材料、有机高分子发光材料和 有机配合物发光材料三种。按发光性能来说，可以分为光致发光材料、电致发光材料、射线致发光材料、 等离子体发光材料和化学发光材料。其中电致发光材料又分为无极电致发光材料 和有机/高分子电致发光材料。无机荧光材料的代表为稀土离子发光及稀土荧光材料，其优点是吸收能力 强，转换率高，稀土配合物中心离子的窄带发射有利于全色显示，且物理化学性 质稳定。由于稀土离子具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，是稀土成为发光宝 库，为高科技领域特别是信息通讯领域提供了性能优越的发光材料。与无机发光材料相比，有机发光材料具有许多不可比拟的优越性，主要表现 在下述三个方面：1.有机材料可以获得在可见光谱范围内的金色发光，特别是无 机材料难以获得的蓝光。 2.可以直接用十几伏甚至几伏的直流低压驱动，可以与 集成电路直接匹配。3.有机电致发光器件的制作工艺简单，可以低成本制成超薄 平板显示器件，因此易于产业化。有机荧光材料在工业、农业、医学、国防等领域都有广泛应用，可以用作荧 光增白剂、荧光染料、荧光颜料、荧光试剂、激光染料，用于荧光分析、跟踪检 测、交通标志、核技术中的闪烁体、太阳能转换技术中的荧光集光器等。而光致发光材料的应用更为普遍。光致发光粉是制作发光油墨、发光涂料、 发光塑料、发光印花浆的理想材料。发光油墨不但适用于网印各种发光效果的图 案文字，如标牌、玩具、字画、玻璃画、不干胶等，而且因其具有透明度高、成 膜性好、涂层薄等特点，可在各类浮雕、圆雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、 高分子画、灯饰等工艺品上喷涂或网印，在不影响其原有的饰彩或线条的前提下 大大提高其附加值。发光油墨的颜色有：透明、红、蓝、绿、黄等。随着光致发光材料的研究，新的光致发光材料的出现，光致发光材料的应用 前景也会越来越广泛，将应用到生活得方方面面。参考文献：【1】特种发光材料前景光明 建材统计与预测 1997 年第 4 期 【2】余宪恩 实用发光材料 中国轻工业出版社 2008 【3】高晓明、邱克辉 光致发光材料的研究与进展