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。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百年，甚至數千年。而當今，在日益發(fā)展的工農業(yè)的現代，以上這些光源已不足于滿足當今社會的發(fā)展。于是各種發(fā)光材料被人們研究發(fā)現。在西方，最早記載發(fā)光物

2、質在1600年左右，是意大利波洛尼亞鞋店經營的商品上鑲入的寶石，可在黑暗中發(fā)光，在當時就十分的珍貴。直至今日蓄光型發(fā)光材料正式進行生產和應用的是從20世紀初才開始的，第二次世界大戰(zhàn)軍事和防空的需要促進了這類材料的研究和應用的發(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、有機蓄光型發(fā)光材料、無機蓄光型發(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，藍三基色。而且以硫化物為基質，主要包括

4、硫化鋅、硫化鋅鎘、硫化銅、硫化鋼、硫化鈣等。硫化鋅材料的研究最多、應用最廣泛。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年被法國化學家TheodoerSidot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用價值的是以ZnS和s為基質的發(fā)光材料。ZnS的晶體結構有兩種：低溫立方結構和高溫六角結構。硫化鋅材料較好的激活時Cu,lg,ZnS中摻入1*10人-6g的銅，就會發(fā)射綠光。其他激活劑是Ag（每克ZnS中含0.0001gAg）,發(fā)光顏色是藍色中帶紫色。Mn做激活劑有顯著的摩擦發(fā)光現象，摻

5、入量可達1%,發(fā)光是橙色。鋁酸鹽體系蓄光型發(fā)光材料，以鋁酸鹽為基質的發(fā)光材料具有發(fā)光效率高，化學穩(wěn)定性好的特點，一直受到人們的重視。在20世紀70年代以前投入工業(yè)應用的發(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，一般達到13001600度，甚至1700度，這些都阻礙了鋁酸鹽為基質的發(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、Nd2O3等稀土

6、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行灼熱，灼熱的最佳溫度、時間是有具體實驗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行的。采用高溫固相法反應制備鋁酸鹽體系材料，燒結溫度高，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?；瘜W沉淀法，是利用可溶于水的物質，通過在水溶液中進行化學反應，生成難容物質，并從水溶液中沉淀出來，沉淀物經過洗滌、過濾后

7、，再加熱分解而制成高純度超細分體。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用和發(fā)展，它特別適用于實驗室的無機功能材料的研制。）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增蝸，至于微波爐加熱一點時間，冷卻后即可得到成品。改方法特點就是：快速，省時、能耗小，操作方便，實驗設備簡單，周期短，產品疏松，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現工業(yè)化生產，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)光板、發(fā)光

8、塑料、發(fā)光陶瓷等。其性能優(yōu)異，在各個領域迅速得到了應用，發(fā)光制品開始更多地進入人們日常生活和特殊行業(yè)領域，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，以硅酸鹽為基質的發(fā)光材料有具有良好的化學穩(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發(fā)證成為一類應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)現了長余輝發(fā)光現象。期中鎂硅鈣石化物的

9、基本物理性質具有熱穩(wěn)定性，化學穩(wěn)定性優(yōu)異的特點。是一類發(fā)光性能和應用特性駿有兩的發(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)光機理是由于Dy3+的摻入，在晶體中產生了適當深度的陷阱能及，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動而持地被釋放在EU2+de5d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就是化學性能好，

10、耐水性強，擴張了材料發(fā)光顏色范圍，發(fā)光顏色覆蓋從469nm的藍色光區(qū)到536nm的黃色光區(qū)，余輝時間長達2000min以上；由于硅酸鹽體系的材料的應用特性優(yōu)良，所以在某些領域的應用，蓄光發(fā)光制品要由于鋁酸鹽體系，如陶瓷業(yè)。有機蓄光型發(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，人們已經習慣稱之為夜光制品。有機蓄光型發(fā)光材料按其應用情況可分為兩大類：與有機材料結合制成的有機發(fā)光材料制品，和無機材料結合制成的無機發(fā)光材料制品。蓄光型發(fā)光材料主要應用環(huán)境是有機發(fā)光材料制品。隨著應用的擴

11、張，發(fā)光制品的品種正日益增多，目前已開發(fā)、生產和應用的有機發(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)光材料的多層結構的功能性薄膜。通常是有透明保護層、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)點是設備緊湊，投資少，易控制膜的寬度和厚度，缺點是冷卻速度偏小，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動生產線生產，生產過程穩(wěn)定。質量易控制，生產效率高，聯動生產生產線速度可控制的優(yōu)點。有利必有其弊，它的缺點就是設備較

12、大，配套裝置多。發(fā)光板式在硬質過半硬質基板上先后涂覆或粘結反光層、發(fā)光涂層和透明保護層制成。發(fā)光板通常由板膜復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、有機樹脂、有機溶劑、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)光材料經過加

13、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)定的嚴格應用范圍和用量，使其應用范圍受到限制，切涂裝成膜時會揮發(fā)對人體有害的有機溶劑。而水性涂料課避免以上缺點，對人體無害，五環(huán)境污染。有機發(fā)光材料在生活中的應用也不可謂不多。無機蓄光型發(fā)光材料它本身不能直接作為終端產品，必須與其他材料結合才能得到應用，是一種工業(yè)原料。無機發(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，應用領域不廣，第二代蓄光型發(fā)光材料由于發(fā)光性能的提高和化學穩(wěn)定性好，其應用領域大大擴展。發(fā)光陶瓷是一種非常大眾化的產品，廣泛應用于人民的日常生活中

14、。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)材料相結合，經燒制成的一種功能性陶瓷。它的特點是有優(yōu)良的機械強度，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，激活劑和基礎釉料混合均勻，然后燒成；第二種是將合成好的含激活劑的發(fā)光物質和幾乎釉料混合均勻，然后燒成。發(fā)光陶瓷的應用領域一般有：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)的無機物，具體有短程有序和長程無序的特點。玻璃透、堅固、良好的耐蝕和電學、光學性能，能用多種成形和加工方法制成各種各樣的制品

15、。玻璃的制造原料低廉，其實收到廣泛的應用。蓄光型發(fā)光材料有它自身的獨特特點，在工業(yè)，生活中的應用十分廣泛。通常在消防的疏散指示標志系統(tǒng)上有應用。在生活中，我們的裝潢中，各種建筑裝飾也運用到了蓄光型發(fā)光材料，比如發(fā)光裝飾膜板，發(fā)光地攤，發(fā)光開關，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。在交通運輸中，海陸空無一不運用到蓄光型發(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現在已有的材料的情況下，它也在不斷的發(fā)展進步中。比如本針對現有發(fā)光塑料、發(fā)光纖維應用中存在的問題，開發(fā)一種弱

16、光激發(fā)的超細、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，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)光塑料產品發(fā)黑、發(fā)光亮度低、發(fā)光不均勻、塑料強度下降等關鍵技術問題，并使超細稀土蓄光發(fā)光材料也適用于國外發(fā)光纖維、水性防偽油墨等應用市場。目前發(fā)光塑料主要產品有電器遙控按鍵、發(fā)光開關、發(fā)光塑料日用品及玩具。電器遙控按鍵市場正在逐步擴大，在發(fā)光塑料的應用中稀土蓄光發(fā)光材料數量更加可觀，目前全國發(fā)光塑料玩具中采用了ZnS發(fā)光材料達1000多噸，如果80%ZnS材料被稀土蓄光發(fā)光材料所取代。就能達到很好的經濟效益。科學家

17、最新的研究內容。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，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。摻入放射性同位素銀147后，發(fā)光的效果是理想了，但卻不符合環(huán)境保護的要求。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家，他開發(fā)的一種發(fā)光元件，既不含放射性物質，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。村山義彥用銀鋁酸鹽作為母體結晶，摻入高純度的氧化鋁及碳酸鋰等稀土類金屬，在高溫下燒