長(zhǎng)余輝發(fā)光材料簡(jiǎn)述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上長(zhǎng)余輝發(fā)光材料在陶瓷中的應(yīng)用王少艷河北理工大學(xué) 研究生學(xué)院，河北 唐山 摘 要：本文介紹了長(zhǎng)余輝發(fā)光材料以及這種材料在陶瓷工藝中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：長(zhǎng)余輝， 陶瓷，ZnSThe applications in ceramics processof the long after glow phosphorescence materialWANG Shao-yan(Graduate School , Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei ,China)Abstract：The paper introduces the lon

2、g after glow phosphorescence material and its applications in ceramics process.Key words：long after glow，ceramics，ZnS.0 引言如何定義發(fā)光物質(zhì)呢？適當(dāng)?shù)牟牧衔崭吣茌椛?，接著就發(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(xué)發(fā)光材料 等等。本文涉及的是屬于光致發(fā)光材料的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，俗稱夜明材料。1866年法國(guó)的Sidot首先完成了ZnS:Cu的制備,最早開展了這

3、一系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究工作。直至20世紀(jì)初長(zhǎng)余輝發(fā)光材料真正的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，也是從那時(shí)起，始終是ZnS系列產(chǎn)品占據(jù)著長(zhǎng)余輝發(fā)光材料行業(yè)的主導(dǎo)地位。到了20世紀(jì)90年代，人們開始發(fā)現(xiàn)和關(guān)注具有良好發(fā)光性能和獨(dú)特長(zhǎng)余輝特性的稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料，迎來了日趨成熟的超長(zhǎng)余輝材料的研究與應(yīng)用的全新時(shí)代。近年來，稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隱蔽照明和緊急照明設(shè)施、航空、航海和汽車等儀表顯示盤等領(lǐng)域，也有人把稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料應(yīng)用于陶瓷制備工藝。1發(fā)光材料的發(fā)光與長(zhǎng)余輝機(jī)理激活劑基態(tài)電子陷阱激發(fā)態(tài)2376541價(jià)帶導(dǎo)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(shí)間稱為余輝時(shí)

4、間，小于1 s的余輝稱作超短余輝，1-10s間的稱為短余輝，10s-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(zhǎng)余輝，大于1s的稱為超長(zhǎng)余輝。1長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光機(jī)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(jí)陷阱模型可以用來解釋長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光機(jī)理，并且受到大多數(shù)人的支持和贊同。其具體機(jī)理如下：激活劑（施主）被摻入基質(zhì)后，在禁帶中靠近導(dǎo)帶的位置形成一系列雜質(zhì)能級(jí)，對(duì)在導(dǎo)帶運(yùn)動(dòng)的電子起陷阱作用，電子可能在陷阱中停留很長(zhǎng)的時(shí)間，只有在外力作用下才會(huì)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(jí)即產(chǎn)生瞬時(shí)發(fā)光現(xiàn)象（

5、過程2），就是熒光發(fā)射；光激發(fā)還會(huì)使一些電子躍遷到導(dǎo)帶上（過程3），并被限制在陷阱中（過程4）；如果處于能級(jí)陷阱中的電子得到足夠的能量E，它們就會(huì)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(dǎo)帶躍遷到激活劑基態(tài)（過程6），與發(fā)光中心復(fù)合，引起長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)光即余輝。余輝的長(zhǎng)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(guān)：N越多，余輝時(shí)間越長(zhǎng)；E在一定范圍內(nèi)越多，余輝時(shí)間越長(zhǎng)，但當(dāng)達(dá)到可以使陷阱中電子全部釋放的值是，就不會(huì)有助于余輝時(shí)間的延長(zhǎng)。長(zhǎng)余輝發(fā)光材料分為自發(fā)光型長(zhǎng)余輝發(fā)光材料和蓄能型長(zhǎng)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(jìn)行激發(fā)

6、，通過自身含有的放射性同位素在蛻變中發(fā)射的粒子進(jìn)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(shí)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粒子激發(fā),后來則采用人工合成的型發(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(shí)間照射，關(guān)閉光源后，仍能在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)發(fā)光的材料。2 長(zhǎng)余輝發(fā)光材料以及該材料在陶瓷工藝中的應(yīng)用 1.1 金屬硫化物系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料金屬硫族化合物是一種十分重要的無(wú)機(jī)發(fā)光材料，應(yīng)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

7、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(yīng)用最廣的兩類金屬硫化物系列長(zhǎng)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(yán)重偏離（可能達(dá)到百分之幾）嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量， S缺陷使晶體發(fā)光中心來源于助熔劑的鹵素對(duì)S缺陷的形成具有促進(jìn)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(wú)序的格位。實(shí)驗(yàn)證明，這幾種可能并不絕對(duì)互相排斥，甚至可能共同存在。1將金屬硫化物系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料與釉料混合后施釉，燒成可以制

8、成性質(zhì)不錯(cuò)的發(fā)光陶瓷。孫運(yùn)亮,龐茂龍等人采用ZnS 為熒光基質(zhì),銅鹽為激活劑,NaCl和BaCl2 為助熔劑,制備出了余輝時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6h的發(fā)光粉；使用合理組成的低溫堿硼熔塊釉為基礎(chǔ)釉,與發(fā)光粉按一定比例配比,引入適量有機(jī)懸浮劑,制備了發(fā)光陶瓷釉,燒后產(chǎn)品余輝可長(zhǎng)達(dá)4.5h。2最初的金屬硫化物系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是采用摻入放射性元素實(shí)現(xiàn)自發(fā)光的,但由于自發(fā)光型發(fā)光材料有著致命的缺點(diǎn):放射性和價(jià)格昂貴.現(xiàn)在摻入放射性同位素已經(jīng)不再被作為金屬硫化物系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究重點(diǎn),金屬硫化物系列長(zhǎng)余輝發(fā)光材料正向蓄光型發(fā)展,具體做法是摻雜稀土離子(Eu、Dy等)以延長(zhǎng)余輝時(shí)間形成一類獨(dú)特的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。

9、1.2 稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的生活方式也在發(fā)生著巨大的變化，譬如人類活動(dòng)的集中化、夜生活的延長(zhǎng)、地下建筑和高層建筑的不斷增加，同時(shí)，人們的安全隱患意識(shí)也在增強(qiáng)。一旦發(fā)生地震、火災(zāi)等突發(fā)性災(zāi)難時(shí)，如何保證人員在最短時(shí)間內(nèi)安全疏散，即疏散指示標(biāo)志系統(tǒng)如何能最有效的發(fā)揮作用，這是世界各國(guó)的有關(guān)技術(shù)專家致力于研究解決的重大課題。以ZnS為代表的傳統(tǒng)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料由于發(fā)光時(shí)間短，發(fā)光亮度低、耐光性差等缺點(diǎn)，使人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中棄取兩難。上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的稀土鋁酸鹽、硅酸鹽發(fā)光材料，無(wú)毒、無(wú)放射性、化學(xué)性能穩(wěn)定，其發(fā)光亮度和持續(xù)發(fā)光時(shí)間是以ZnS為代表的傳統(tǒng)熒光材料的30

10、50倍，并可無(wú)限次反復(fù)使用。這種以綠色環(huán)保為前提的高效蓄光型自發(fā)光材料的發(fā)明，標(biāo)志著第三次自發(fā)光材料革命的到來。近幾年來，該蓄光材料及其制品迅速被人們接受，其用量逐年遞增。目前，國(guó)內(nèi)外使用的蓄光型消防安全疏散標(biāo)志產(chǎn)品的載體材質(zhì)有薄鋁板材(在其上印刷蓄光材料圖案)、塑料、橡膠、油墨、油漆等經(jīng)過常溫或較低溫度處理就能定型的材料。與上述幾種材料相比，陶瓷材料具有強(qiáng)度高、耐候性好、耐熱耐火、耐水、表面易清洗、裝飾高雅、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)的陶瓷裝飾磚產(chǎn)量已達(dá)l0多億m2 ，廣泛用于各種墻面、地面及路面的裝飾裝修。將蓄光材料的優(yōu)點(diǎn)與陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)集于一身即賦予陶瓷產(chǎn)品的蓄光功能，使陶瓷產(chǎn)品的用途更

11、加廣闊，蓄光材料制品的性能也更加優(yōu)越。因此,蓄光型長(zhǎng)余輝發(fā)光陶瓷成為眾學(xué)者的研究熱點(diǎn),經(jīng)過異端時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究,已經(jīng)去得了可喜的成果.高熙英，關(guān)蓬來選用B2O3-SiO2-R2O-RO陶瓷體系，在660680溫度下，采用快速液相燒結(jié)工藝，制備了以SrA12O4：Eu2+，Dy3+ 為發(fā)光基質(zhì)成分、具有整體蓄光性能的長(zhǎng)余輝光致發(fā)光陶瓷。陶瓷粉料中粗細(xì)粒度質(zhì)量比為7：3，陶瓷粉料與發(fā)光粉的質(zhì)量比為3：l，燒成的發(fā)光陶瓷致密、晶瑩，有玉石的感觀，發(fā)光佘輝時(shí)間達(dá)l 5 h以上。3劉全生, 張希艷等采用高溫固相法制備了SrAl2O4：Eu2+,Dy3+、CaAl2O4：Eu2+，Nd3+、CaTiO3：P

12、r3+ 長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，以鋅硼硅系統(tǒng)為基礎(chǔ)釉料，在陶瓷基片上，制備了色彩鮮艷的多彩長(zhǎng)余輝發(fā)光陶瓷圖案，陶瓷釉中發(fā)光材料的含量為25%；陶瓷的灼燒溫度為800。 4張希艷,盧利平等SrAl2O4 :Eu2+,Dy3+ 發(fā)光陶瓷在12501450為單斜晶系晶體。1400燒結(jié)4h 樣品發(fā)出明亮的綠光。樣品強(qiáng)度高,化學(xué)穩(wěn)定性好。發(fā)光光譜是中心波長(zhǎng)位于520nm 的寬帶譜, 激發(fā)光譜位于240420nm 之間。發(fā)光持續(xù)10h 發(fā)光亮度為2.15 mcd /m2, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人眼可辨最低亮度0.32mcd/m2.發(fā)光衰減曲線符合I=At-n ,在前5 min ,n =0.6; 在5至40min ,n =1.0;在40至600min ,n =1.3.表明這種發(fā)光陶瓷余輝亮度隨時(shí)間的變化規(guī)律是時(shí)間越長(zhǎng)衰減越慢。 53 總結(jié)通過眾多學(xué)者的研究，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)光陶瓷具有許多其他發(fā)光材料所沒有的優(yōu)良的性能，而且工藝上是可以實(shí)現(xiàn)的，這種材料在輕式武器簡(jiǎn)易夜瞄裝置和應(yīng)急照明光源、應(yīng)急標(biāo)識(shí)、工藝美術(shù)品等方面應(yīng)用將十分廣泛.參考文獻(xiàn)： 1 孫家躍,杜海燕.固體發(fā)光材料.化學(xué)工業(yè)出版社 2 孫運(yùn)亮,龐茂龍,王寧,王保峰,陳祖坤.ZnS基發(fā)光陶瓷釉的研制及發(fā)光機(jī)理探討.山東陶瓷.2002,25(3),23-24 3 高熙英，關(guān)