蓄光型發(fā)光材料

1、蓄光型發(fā)光材料簡介蓄光型發(fā)光材料簡而言之就是吸收光之后再發(fā)出光。早期的自發(fā)光材是鐳元素，具有一定的輻射性。第二代自發(fā)光材料就是我們傳統(tǒng)的硫化物熒光材料，但也對人體具有一定的毒害性、放射性。第三代蓄光型發(fā)光材料于90年代在我國問世，與前兩代自發(fā)光材料相比，這種材料具有無毒、無放射性等顯著優(yōu)點(diǎn)。正文陽光是人類生活、工作的能量來源，是萬物生長的基本，千百年來人類不短探尋光的奧秘，從燃燒木頭來獲得光，直到使用蠟燭、油燈，甚至幾百年前的燈泡。它們之間都相隔了數(shù)百年，甚至數(shù)千年。而當(dāng)今，在日益發(fā)展的工農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代，以上這些光源已不足于滿足當(dāng)今社會的發(fā)展。于是各種發(fā)光材料被人們研究發(fā)現(xiàn)。在西方，最早記載發(fā)光物

2、質(zhì)在1600年左右，是意大利波洛尼亞鞋店經(jīng)營的商品上鑲?cè)氲膶毷?，可在黑暗中發(fā)光，在當(dāng)時就十分的珍貴。直至今日蓄光型發(fā)光材料正式進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用的是從20世紀(jì)初才開始的，第二次世界大戰(zhàn)軍事和防空的需要促進(jìn)了這類材料的研究和應(yīng)用的發(fā)展。蓄光型發(fā)光材料和其他光致發(fā)光材料具有相同的發(fā)光性能，只是更注重其發(fā)光的衰減規(guī)律和熱釋光性能?，F(xiàn)在蓄光型發(fā)光材料大致可分為以下幾個大類：傳統(tǒng)的三基色蓄光型發(fā)光材料、鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料、硅酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料、三基色蓄光型發(fā)光材料、有機(jī)蓄光型發(fā)光材料、無機(jī)蓄光型發(fā)光材料。在發(fā)光材料的研究和發(fā)展中，在研究發(fā)光類型之前，發(fā)光的性能是我們首先要研究的主要內(nèi)容，畢竟無論哪

3、種發(fā)光材料都是發(fā)光為目的的。發(fā)光性能我們可能通過光譜來測定，各種和發(fā)光性能相關(guān)的光譜有，吸收光譜：它反映了光照射到發(fā)光材上，其激發(fā)光波長和材料所吸收的能量值之間的關(guān)系；激發(fā)光譜：在發(fā)光材料的發(fā)射光譜中，某一譜帶或譜線的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光波長改而變化的曲線被稱為極光光譜；發(fā)射光譜：發(fā)光材料的發(fā)光能量按波長的分布稱作發(fā)光光譜；發(fā)光衰減：發(fā)光材料在紫外光此法停止后仍可持續(xù)發(fā)光，但發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱直到完全消失；發(fā)光效率：發(fā)光材料的發(fā)光效率有兩種表示的方法，一是量子效率二是能量效率。熱釋光曲線和熱激光光導(dǎo)也是其性能的一種。 傳統(tǒng)的三基色蓄光型發(fā)光材料，它主要包括紅，綠，藍(lán)三基色。而且以硫化物為基質(zhì)，主要包

4、括硫化鋅、硫化鋅鎘、硫化鍶、硫化鋇、硫化鈣等。硫化鋅材料的研究最多、應(yīng)用最廣泛。硫化鋅型發(fā)光材料的發(fā)展歷史，Zns型發(fā)光材料最早于1886年被法國化學(xué)家Theodoer Sidot發(fā)明，他采用升華法制出了ZnS晶體，該晶體在夜間發(fā)磷光，該閃鋅狂型ZnS磷光踢因而被稱為Sidot閃鋅礦。硫化物系列發(fā)光材料中具有最大實(shí)用價值的是以ZnS和s為基質(zhì)的發(fā)光材料。ZnS的晶體結(jié)構(gòu)有兩種：低溫立方結(jié)構(gòu)和高溫六角結(jié)構(gòu)。硫化鋅材料較好的激活時Cu,lg, ZnS中摻入1*10-6g的銅，就會發(fā)射綠光。其他激活劑是Ag（每克ZnS中含0.0001g Ag），發(fā)光顏色是藍(lán)色中帶紫色。Mn做激活劑有顯著的摩擦發(fā)光現(xiàn)

5、象，摻入量可達(dá)1%，發(fā)光是橙色。 鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料，以鋁酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料具有發(fā)光效率高，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，一直受到人們的重視。在20世紀(jì)70年代以前投入工業(yè)應(yīng)用的發(fā)光材料大都是以硅酸鹽，磷酸鹽，硫化物為陰離子。主要原因是高純的硅酸，堿土碳酸鹽，堿土磷酸鹽比較容易得到，而缺少具有精細(xì)粒度的高純氧化鋁，其次，鋁酸鹽發(fā)光材料的燒成溫度比較磷酸鹽，硅酸鹽高的多，一般達(dá)到13001600度，甚至1700度，這些都阻礙了鋁酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料的開發(fā)。目前鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料的研發(fā)集中在多種稀土離子激活的CaO-Al2O3體系和SrO-Al2O3體系激活劑為Eu2O3、Dy2O3、Nd2O

6、3等稀土氧化物，助溶劑為B2O3。鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料的合成方法主要是高溫固相法。高溫固相法是發(fā)光材料中一種傳統(tǒng)的合成方法。該方法是將達(dá)到要求純度，粒度的原料按一定比例稱量，并加入適量的助溶劑充分混合研磨，然后再一定的溫度，氣氛加熱時間等條件下進(jìn)行灼熱，灼熱的最佳溫度、時間是有具體實(shí)驗(yàn)確定灼熱的氣氛由具體材料確定，一般長余輝材料是在還原性氣氛下進(jìn)行的。采用高溫固相法反應(yīng)制備鋁酸鹽體系材料，燒結(jié)溫度高，冷卻后需球磨，會降低材料發(fā)光亮度，影響發(fā)光制品的性能，于是就有了其他的合成方法。化學(xué)沉淀法，是利用可溶于水的物質(zhì)，通過在水溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成難容物質(zhì)，并從水溶液中沉淀出來，沉淀物經(jīng)過洗滌

7、、過濾后，再加熱分解而制成高純度超細(xì)分體。這一方法在制備多晶功能陶瓷材料（如磁性、壓電、鐵電、光電等套菜材料熒光粉，高效催化劑和高純單晶原料等方面有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，它特別適用于實(shí)驗(yàn)室的無機(jī)功能材料的研制。）微波法是近十年來發(fā)展最迅速的一種新合成方法。用該方法合成發(fā)光材料時，將配好并混合均勻的爐料裝入坩堝，至于微波爐加熱一點(diǎn)時間，冷卻后即可得到成品。改方法特點(diǎn)就是：快速，省時、能耗小，操作方便，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單，周期短，產(chǎn)品疏松，粒度小、分布均勻；發(fā)光性能不低于常規(guī)方法。還有溶膠-凝膠法等。鋁酸鹽蓄光型發(fā)光材料問世不久就能很快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，用這類材料也制出了各種形式的制品：發(fā)光涂料、發(fā)光膜、發(fā)光

8、板、發(fā)光塑料、發(fā)光陶瓷等。其性能優(yōu)異，在各個領(lǐng)域迅速得到了應(yīng)用，發(fā)光制品開始更多地進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ詈吞厥庑袠I(yè)領(lǐng)域，豐富了多彩的生活，發(fā)揮著特殊的重要的作用。硅酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料，以硅酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料有具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而且高純度二氧化硅原料廉價，易得。因此長期以來人們都重視對硅酸鹽摻雜熒光粉的研究和開發(fā)。硅酸鹽體系熒光材料已經(jīng)發(fā)證成為一類應(yīng)用范圍廣泛的重要的光致發(fā)光材料和陰極射線發(fā)光材料。近年來隨著等離子平板顯示器的法杖，如Zn2Si05:Mn成為PDP三基色熒光粉的主要綠色組分。二元硅酸鹽體系主要包括正硅酸鹽和偏硅酸鹽，目前在正硅酸鹽體系發(fā)現(xiàn)了長余輝發(fā)光現(xiàn)象。期中鎂硅鈣

9、石化物的基本物理性質(zhì)具有熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的特點(diǎn)。是一類發(fā)光性能和應(yīng)用特性駿有兩的發(fā)光材料，但均不具有長余輝的特性。焦硅酸鹽和鎂硅鈣石化合物的制備方法主要是先混合均勻，之后再NH3氣中1350度3小時，之后再冷卻，粉碎，過篩，后處理，最終成為硅酸鹽發(fā)光材料。焦硅酸鹽化合物的發(fā)光性能還不錯。硅酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料的蓄光發(fā)光機(jī)理是由于Dy3+的摻入，在晶體中產(chǎn)生了適當(dāng)深度的陷阱能及，在激發(fā)光激發(fā)材料時，陷阱能級俘獲處在激發(fā)態(tài)上的電子并儲存起來，停止激發(fā)后，儲存在陷阱能級的電子由于熱運(yùn)動而持地被釋放在EU2+de 5d能級上，發(fā)出EU3+特征發(fā)光，并持續(xù)不斷。硅酸鹽體系蓄光材料主要特點(diǎn)就是化

10、學(xué)性能好，耐水性強(qiáng)，擴(kuò)張了材料發(fā)光顏色范圍，發(fā)光顏色覆蓋從469nm的藍(lán)色光區(qū)到536nm的黃色光區(qū)，余輝時間長達(dá)2000min以上;由于硅酸鹽體系的材料的應(yīng)用特性優(yōu)良，所以在某些領(lǐng)域的應(yīng)用，蓄光發(fā)光制品要由于鋁酸鹽體系，如陶瓷業(yè)。 有機(jī)蓄光型發(fā)光材料制品，由鋁酸鹽體系，硅酸鹽體系，硫化物/硫氧化物體系蓄光型發(fā)光材料制成的各種制品，在自然光，熒光燈，白熾燈等多種光源照射一定時間后，可在晚間持續(xù)一夜發(fā)光，人們已經(jīng)習(xí)慣稱之為夜光制品。有機(jī)蓄光型發(fā)光材料按其應(yīng)用情況可分為兩大類：與有機(jī)材料結(jié)合制成的有機(jī)發(fā)光材料制品，和無機(jī)材料結(jié)合制成的無機(jī)發(fā)光材料制品。蓄光型發(fā)光材料主要應(yīng)用環(huán)境是有機(jī)發(fā)光材料制品。

11、隨著應(yīng)用的擴(kuò)張，發(fā)光制品的品種正日益增多，目前已開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的有機(jī)發(fā)光制品品種有：發(fā)光膜、發(fā)光板、發(fā)光塑料、發(fā)光纖維、發(fā)光涂料、發(fā)光油墨、發(fā)光水性涂料、發(fā)光印花漿、發(fā)光雕塑、發(fā)光大理石、發(fā)光反光膜等。發(fā)光膜式一種含有蓄光型發(fā)光材料的多層結(jié)構(gòu)的功能性薄膜。通常是有透明保護(hù)層、發(fā)光層、反光層、不干膠層和課可剝離的離型紙層組成。發(fā)光膜的制備方法有吹塑法，它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備緊湊，投資少，易控制膜的寬度和厚度，缺點(diǎn)是冷卻速度偏小，薄膜透明度差，薄膜厚度偏差較大。還可有通過壓延法制的。壓延法具有可采用聯(lián)動生產(chǎn)線生產(chǎn)，生產(chǎn)過程穩(wěn)定。質(zhì)量易控制，生產(chǎn)效率高，聯(lián)動生產(chǎn)生產(chǎn)線速度可控制的優(yōu)點(diǎn)。有利必有其弊，它的缺

12、點(diǎn)就是設(shè)備較大，配套裝置多。發(fā)光板式在硬質(zhì)過半硬質(zhì)基板上先后涂覆或粘結(jié)反光層、發(fā)光涂層和透明保護(hù)層制成。發(fā)光板通常由板膜復(fù)合法和涂裝法兩種方法。發(fā)光塑料是在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)過加工就可以制的發(fā)光材料，其制備的主要方法是直接加入法和塑料發(fā)光母料法。發(fā)光纖維是將蓄光型發(fā)光材料作為添加劑加入到纖維當(dāng)中而制成的一種功能性纖維。它除了一般纖維的功能之外，還有吸光，蓄光，發(fā)光的功能。發(fā)光纖維的制造大體分三個步驟，一紡絲專用發(fā)光母粒的制備，二熔融紡絲，三后處理。發(fā)光涂料是發(fā)光顏料、有機(jī)樹脂、有機(jī)溶劑、助劑按一定比例通過加工制成，每種不同的配方都有不同的性能。發(fā)光油墨就是在油墨中加入一定比例的蓄光型發(fā)

13、光材料經(jīng)過加工就制成發(fā)光油墨。發(fā)光性水性涂料目前在市場常見的多以溶劑型涂料為主，這類涂料往往需要規(guī)定的嚴(yán)格應(yīng)用范圍和用量，使其應(yīng)用范圍受到限制，切涂裝成膜時會揮發(fā)對人體有害的有機(jī)溶劑。而水性涂料課避免以上缺點(diǎn)，對人體無害，五環(huán)境污染。有機(jī)發(fā)光材料在生活中的應(yīng)用也不可謂不多。無機(jī)蓄光型發(fā)光材料它本身不能直接作為終端產(chǎn)品，必須與其他材料結(jié)合才能得到應(yīng)用，是一種工業(yè)原料。無機(jī)發(fā)光制品包括：發(fā)光陶瓷，發(fā)光玻璃，發(fā)光玉石等。第一代蓄光型發(fā)光材料由于發(fā)光亮度和發(fā)光時間有限，應(yīng)用領(lǐng)域不廣，第二代蓄光型發(fā)光材料由于發(fā)光性能的提高和化學(xué)穩(wěn)定性好，其應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展。發(fā)光陶瓷是一種非常大眾化的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于人民

14、的日常生活中。發(fā)光陶瓷是將具有發(fā)光性能的材料引入陶瓷或釉料中，與其傳統(tǒng)材料相結(jié)合，經(jīng)燒制成的一種功能性陶瓷。它的特點(diǎn)是有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性，耐水性，耐候性，又具有蓄光性能。發(fā)光陶瓷釉的制備方法主要有兩種，一種是將合成好的發(fā)光物質(zhì)，激活劑和基礎(chǔ)釉料混合均勻，然后燒成；第二種是將合成好的含激活劑的發(fā)光物質(zhì)和幾乎釉料混合均勻，然后燒成。發(fā)光陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域一般有：低溫發(fā)光玻璃釉，低溫發(fā)光有鉛陶瓷釉，低溫發(fā)光無鉛陶瓷，中溫發(fā)光陶瓷釉，高溫發(fā)光陶瓷釉。發(fā)光玻璃，玻璃石熔融，冷卻，固化的非晶態(tài)的無機(jī)物，具體有短程有序和長程無序的特點(diǎn)。玻璃透、堅(jiān)固、良好的耐蝕和電學(xué)、光學(xué)性能，能用多種成形和加工方法制成各

15、種各樣的制品。玻璃的制造原料低廉，其實(shí)收到廣泛的應(yīng)用。蓄光型發(fā)光材料有它自身的獨(dú)特特點(diǎn)，在工業(yè)，生活中的應(yīng)用十分廣泛。通常在消防的疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)上有應(yīng)用。在生活中，我們的裝潢中，各種建筑裝飾也運(yùn)用到了蓄光型發(fā)光材料，比如發(fā)光裝飾膜板，發(fā)光地?cái)偅l(fā)光開關(guān)，發(fā)光涂料，發(fā)光陶瓷等，它們很好的裝飾方便了我們的日常生活。在交通運(yùn)輸中，海陸空無一不運(yùn)用到蓄光型發(fā)光材料。我們的商業(yè)圈，很多夜光型的廣告牌也是運(yùn)用了蓄光型發(fā)光材料的制品。我們的服裝，鞋子，手表等許多地方都用到了這些材料。蓄光型發(fā)光材料在不斷完善改進(jìn)現(xiàn)在已有的材料的情況下，它也在不斷的發(fā)展進(jìn)步中。比如本針對現(xiàn)有發(fā)光塑料、發(fā)光纖維應(yīng)用中存在的問題

16、，開發(fā)一種弱光激發(fā)的超細(xì)、高亮度、類球形的稀土蓄光發(fā)光材料，降低在塑料加工過程中稀土蓄光發(fā)光材料與螺桿、料筒的摩擦力，通過表面改性技術(shù)，解決稀土蓄光發(fā)光材料在塑料中分散、增容、增韌等問題，解決發(fā)光塑料產(chǎn)品發(fā)黑、發(fā)光亮度低、發(fā)光不均勻、塑料強(qiáng)度下降等關(guān)鍵技術(shù)問題，并使超細(xì)稀土蓄光發(fā)光材料也適用于國外發(fā)光纖維、水性防偽油墨等應(yīng)用市場。目前發(fā)光塑料主要產(chǎn)品有電器遙控按鍵、發(fā)光開關(guān)、發(fā)光塑料日用品及玩具。電器遙控按鍵市場正在逐步擴(kuò)大，在發(fā)光塑料的應(yīng)用中稀土蓄光發(fā)光材料數(shù)量更加可觀，目前全國發(fā)光塑料玩具中采用了ZnS發(fā)光材料達(dá)1000多噸，如果80ZnS材料被稀土蓄光發(fā)光材料所取代。就能達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效

17、益?？茖W(xué)家最新的研究內(nèi)容。新型無公害蓄光型夜光材料。蓄光型夜光材料很少含有放射性物質(zhì)，沒有使用上的限制，但它們要靠吸收外部的光能才能發(fā)光，而且要儲備足夠的光能才能保證一持續(xù)發(fā)光。蓄光型夜光材料的另個缺陷是輝度不夠。例如，以前一直使用硫化鋅作為余輝型熒光體，但發(fā)光時間太短，輝度也不夠。摻入放射性同位素鉅147后，發(fā)光的效果是理想了，但卻不符合環(huán)境保護(hù)的要求。研制一種高效而又無公害的蓄光型發(fā)光材料，就成了科學(xué)家們長期以來研究的一個課題。在這方面，日本的村山義彥是世界上首位取得重大突破的科學(xué)家，他開發(fā)的一種發(fā)光元件，既不含放射性物質(zhì)，又能在一夜中保持發(fā)光，而且亮度是傳統(tǒng)夜光材料的100倍，可以稱得上是一種劃時代的夜光材料。村山義彥用鍶鋁酸鹽作為母體結(jié)晶，摻入高純度的氧化鋁及碳酸鍶等稀土類金屬，在高溫下燒結(jié)，形成原料后加