發(fā)光材料綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上結(jié)構(gòu)與物性結(jié)課作業(yè)發(fā)光材料綜述學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院專業(yè)： 材料物理13-01 學(xué)號(hào)： 2 姓名： 陳強(qiáng) 發(fā)光材料綜述摘要：能夠以某種方式吸收能量，將其轉(zhuǎn)化成光輻射（非平衡輻射）物質(zhì)叫做發(fā)光材料。發(fā)光是輻射能量以可見(jiàn)光的形式出現(xiàn)。輻射或任何其他形式的能量激發(fā)電子從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，當(dāng)其返回到價(jià)帶時(shí)便發(fā)射出光子（能量為1.83.1eV）。如果這些光子的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，那么，便產(chǎn)生了發(fā)光現(xiàn)象。0 引言發(fā)光材料是國(guó)家重要戰(zhàn)略能源，在人們的日常生活中也占據(jù)著重要地位，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)發(fā)光材料 的研制和運(yùn)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文基于發(fā)光材料研究現(xiàn)狀，分析發(fā)光材料

2、種類和制備方式，并介紹幾種不同發(fā)光材料在生活中的應(yīng)用，以期推動(dòng)我國(guó)發(fā)光材料研究探索，為國(guó)家建設(shè)和人們生活水平提高提供助力。發(fā)光材料是人類生活重要材料之一，在航天科技、海洋 運(yùn)輸、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、出版印刷等各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，具有極為重要的戰(zhàn)略地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光材料研究已經(jīng)成為了我國(guó)科學(xué)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，其運(yùn)用技術(shù)直接關(guān)系到人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量和國(guó)防建設(shè)，因此如何推動(dòng)發(fā)光材料研制，將其更加安全、合理、高效的應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，成為了亟待解決的問(wèn)題。1 發(fā)光材料分類發(fā)光材料按激發(fā)的方式可分為以下幾類：1.1 光致發(fā)光材料用紫外、可見(jiàn)及紅外光激發(fā)發(fā)光材料而產(chǎn)生的發(fā)光稱為光致發(fā)光，該發(fā)光材料稱為光致發(fā)

3、光材料。光致發(fā)光過(guò)程分為三步：吸收一個(gè)光子；把激光能轉(zhuǎn)移到熒光中心；由熒光中心發(fā)射輻射。發(fā)光的滯后時(shí)間約為10-8s的稱為熒光，衰減時(shí)間大于10-8s的稱為磷光。光致發(fā)光材料一般可分為熒光燈用發(fā)光材料、長(zhǎng)余輝發(fā)光材料和上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。按發(fā)光馳豫時(shí)間分類，光致發(fā)光材料分為熒光材料和磷光材料。 圖11.2 電致發(fā)光材料所謂電致發(fā)光是在直流或交流電場(chǎng)作用下，依靠電流和電場(chǎng)的激發(fā)使材料發(fā)光的現(xiàn)象，又稱場(chǎng)致發(fā)光。這種發(fā)光材料稱為電致發(fā)光材料，或稱場(chǎng)致發(fā)光材料。1. 本征式場(chǎng)致發(fā)光簡(jiǎn)單地說(shuō)，本征式場(chǎng)致發(fā)光就是用電場(chǎng)直接激勵(lì)電子，電場(chǎng)反向后電子與中心復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。2. 注入式發(fā)光注人式場(chǎng)致發(fā)光是由- 族

4、和 - 族化合物所制成的有 p - n 結(jié)的二極管，注人載流子，然后在正向電壓下，電子和空穴分別由 n 區(qū)和 p 區(qū)注人到結(jié)區(qū)并相互復(fù)合而發(fā)光的現(xiàn)象。又稱p-n結(jié)電致發(fā)光目前大概可以有以下幾種材料: 1.2.1 直流電壓激發(fā)下的粉末態(tài)發(fā)光材料目前常用的直流電致發(fā)光材料有Zn S:Mn，Cu，其發(fā)光亮度大約為350 cd/m。其他還有Zn S:Ag可發(fā)出藍(lán)光;（Zn.Cd）S:Ag可發(fā)出綠光。另外還有一些在Ca S、Sr S等基質(zhì)中摻雜稀土元素的材料。1.2.2 交流電壓激發(fā)下的粉末態(tài)發(fā)光材料這種材料與直流電壓激發(fā)下的發(fā)光材料有較高的流明效率（直流為0.5 Im/W，交流可達(dá)15 Im/）所以它

5、應(yīng)用的較為普遍。以Zn S為代表，可在Zn S粉末中摻入銅氯、銅錳、銅鉛、銅等激活劑后，與介電常數(shù)很高的有機(jī)介質(zhì)相混合后制成?？砂l(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)等各種色彩的光。其中激活劑以質(zhì)量百分比計(jì)，燒成時(shí)間均為1 h。1.2.3 薄膜型電致發(fā)光材料它與以上兩種基本相似，只是其中不需要有機(jī)介質(zhì)，可以在較高的高頻電壓下工作，發(fā)光亮度很高，發(fā)光效率也較高，可達(dá)幾個(gè)流明/瓦。1.2.4 p-n結(jié)型電致發(fā)光材料即發(fā)光二極管所用材料。發(fā)光二極管是一種在低電壓下發(fā)光的器件，它可使用單晶或單晶薄膜材料。發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED（Light Emitting Dicde的縮寫(xiě)），最早出現(xiàn)在1968年，由美國(guó)HP（新惠普的

6、前身）首先以磷砷化鎵（Ga AsP）為材質(zhì)制成的黃色LED（屬于冷光）具有耗電量小、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)快、體積小、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為第二次照明革命。1990年開(kāi)發(fā)了磷化銦鎵（AlGaInP）與氮化鎵（Ga N）等2種材料后，長(zhǎng)期以來(lái)，可見(jiàn)光LED的發(fā)展方向是以高亮度化、全彩化和白光化為主。圖2 p-n結(jié)電致發(fā)光原理（a）熱平衡狀態(tài)；（b）加正偏壓時(shí)的狀態(tài)1.3 熱致發(fā)光材料。發(fā)光材料在熱（隨溫度的變化）的作用下而激發(fā)發(fā)光的材料叫做熱致發(fā)光材料。熱致發(fā)光又稱熱釋光1 。受激發(fā)后的發(fā)光體在停止發(fā)光后，對(duì)其加熱升溫，又繼續(xù)發(fā)光并逐漸加強(qiáng)的現(xiàn)象叫熱釋發(fā)光。但熱能不是用來(lái)激發(fā)發(fā)光，而是釋放光能的。加熱使發(fā)

7、光材料貯存的激發(fā)能逐漸釋放出來(lái)。這種現(xiàn)象與發(fā)光材料中的電子陷阱相聯(lián)系。1.4 射線致發(fā)光材料射線致發(fā)光指發(fā)光材料在加速電子的轟擊下的激發(fā)發(fā)光。射線致發(fā)光材料可分為陰極射線致發(fā)光材料和放射線致發(fā)光材料兩種。陰極射線致發(fā)光是由電子束轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。放射線致發(fā)光是由高能的、X射線轟擊發(fā)光物質(zhì)而引起的發(fā)光現(xiàn)象。陰極射線致發(fā)光材料是指在陰極射線激發(fā)下能發(fā)光的材料，也稱為電子束激發(fā)發(fā)光材料。x放射線致發(fā)光的發(fā)光原理為：發(fā)光材料在X射線照射下發(fā)生康普頓效應(yīng)和吸收X射線，均可產(chǎn)生高速的光電子。光電子經(jīng)過(guò)非彈性碰撞，產(chǎn)生第二、三代電子。這些電子可激發(fā)或離化發(fā)光中心，發(fā)出光來(lái)。因而，一個(gè) X 射線的

8、光子可以引起很多個(gè)發(fā)光光子。1.5 等離子發(fā)光材料發(fā)光材料在等離子體的作用下的激發(fā)發(fā)光。等離子體是高度電離化的多種粒子存在的空間，其中帶電粒子有電子、正離子，不帶電的粒子有氣體原子、分子、受激原子、亞穩(wěn)原子等。由于氣體的高度電離，所以帶電粒子的濃度很大，而且?guī)д娕c帶負(fù)電粒子的濃度接近相等。圖3 復(fù)合發(fā)光示意圖（a）電子與正離子復(fù)合 （b）正負(fù)兩種離子復(fù)合氣體的電子得到足夠的能量之后，可以完全脫離原子，即被電離。這種電子比在固體中自由得多，它具有較大的動(dòng)能，以較高的速度在氣體中飛行。而且電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與其他粒子會(huì)產(chǎn)生碰撞，使更多的中性粒子電離。在大量的中性粒子不斷電離的同時(shí)，還有一個(gè)與電離相

9、反的過(guò)程，就是復(fù)合現(xiàn)象。如圖3所示。復(fù)合就是兩種帶電的粒子結(jié)合形成中性原子。在復(fù)合過(guò)程中，電子將能量以光的形式放出來(lái)，即能輻射出頻率為的光。圖4 材料光吸收的本質(zhì)2材料的發(fā)光機(jī)理2.1分立中心發(fā)光(未離化)發(fā)光材料的發(fā)光中心（即發(fā)光體內(nèi)部在結(jié)構(gòu)中能發(fā)光的分子）受激發(fā)時(shí)并未離化，即激發(fā)和發(fā)射過(guò)程在彼此獨(dú)立的、個(gè)別的發(fā)光中心內(nèi)部的發(fā)光叫做分立中心發(fā)光。這種發(fā)光是單分子過(guò)程，并不伴隨有光電導(dǎo)，故又稱“非光電導(dǎo)型”發(fā)光。分立中心發(fā)光有兩種情況：圖5 分立中心發(fā)光 （a）自發(fā)發(fā)光 （b）受迫發(fā)光（1）自發(fā)發(fā)光。受激發(fā)的粒子（如電子）受粒子內(nèi)部電場(chǎng)作用從激發(fā)態(tài)A回到基態(tài)G時(shí)的發(fā)光，叫自發(fā)發(fā)光，如圖5（a）

10、所示。自發(fā)發(fā)光的特征是，與發(fā)射相應(yīng)的電子躍遷的幾率基本上決定于發(fā)射體內(nèi)的內(nèi)部電場(chǎng)，而不受外界因素影響。（2）受迫發(fā)光。受激發(fā)的電子只有在外界因素影響下才發(fā)光，叫受迫發(fā)光。受迫發(fā)光的特征是，發(fā)射過(guò)程分為兩個(gè)階段，如圖5(b)所示，受激發(fā)的電子出現(xiàn)在受激態(tài)M上時(shí)，從狀態(tài)M直接回到基態(tài)G上是禁阻的。在M上的電子，一般也不是直接從基態(tài)G上躍遷來(lái)的，而是電子受激后，先由基態(tài)G躍遷到A，再到M態(tài)上，M這樣的受激態(tài)稱為亞穩(wěn)態(tài)。受迫發(fā)射的第一階段是由于熱起伏，電子吸收能量后，從M態(tài)上到A，要實(shí)現(xiàn)這一步，電子在M態(tài)上需要花費(fèi)時(shí)間，等待機(jī)會(huì)，從A態(tài)回到G態(tài)是允許的，這就是受迫發(fā)射的第二階段。由于這種發(fā)光要經(jīng)過(guò)亞穩(wěn)態(tài)，故又稱為亞穩(wěn)態(tài)發(fā)光。2.2復(fù)合發(fā)光(離化)發(fā)光材料受激發(fā)時(shí)分離出一對(duì)帶異號(hào)電荷的粒子，一般為正離子(空穴)和電子，這兩種粒子在復(fù)合時(shí)便發(fā)光，叫復(fù)合發(fā)光。由于離化的帶電粒子在發(fā)光材料中漂移或擴(kuò)散，從而構(gòu)成特征性光電導(dǎo)，所以復(fù)合發(fā)光又叫“光電導(dǎo)型”發(fā)光。復(fù)合發(fā)