发光材料类型与性质
有机发光材料
有机发光材料
有机发光材料是一种具有发光特性的材料，它可以在不需要外部电源的情况下
发出光线。
有机发光材料具有许多优良的特性，比如发光效率高、色彩丰富、柔性可塑性强等，因此在显示、照明、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
首先，有机发光材料具有高发光效率。
相比于传统的无机发光材料，有机发光
材料在能量转换上更加高效，能够将电能转化为光能的效率更高，这使得其在显示和照明领域有着巨大的优势。
高发光效率也意味着在同样的能量输入下，有机发光材料能够提供更亮的光线，这对于提升显示屏和照明灯具的亮度至关重要。
其次，有机发光材料的色彩丰富。
有机发光材料可以通过调整分子结构和化学
成分来实现不同颜色的发光，从暖白到冷白，再到红、绿、蓝等各种颜色都可以被实现。
这使得有机发光材料在显示领域有着广泛的应用，比如手机屏幕、电视屏幕、平板电脑等，都可以通过有机发光材料呈现出鲜艳生动的色彩。
另外，有机发光材料具有柔性可塑性强的特点。
由于有机发光材料通常是以聚
合物为基础的，因此它具有很好的柔韧性，可以制成柔性显示屏、柔性照明灯具等产品。
这种柔性可塑性使得有机发光材料在可穿戴设备、车载显示屏等领域有着广阔的应用前景。
总的来说，有机发光材料以其高发光效率、色彩丰富、柔性可塑性强等优良特性，已经成为显示、照明、生物医学等领域的研究热点，并且在商业化应用上也取得了一定的进展。
随着科技的不断进步和创新，相信有机发光材料将会在未来发展出更多更广泛的应用，为人类的生活带来更多的便利和美好。
发光材料
发光材料连新宇豆岁阳董江涛陈阳郭欣高玮婧北京交通大学材料化学专业100044摘要：本文简要介绍了发光材料的发光机理，并根据机理分类介绍了几种典型的发光材料。
补充介绍了新型发光材料并对发光材料的现状进行了介绍对其应用和发展前景做了展望。
关键词：发光材料分类新型展望1 引言发光材料已成为人们日常生活中不可缺少的材料，被广泛地用在各种显示、照明和医疗等领域，如电视屏幕、电脑显示器、X射线透射仪等。
目前发光材料主要是无机发光材料，从形态上分，有粉末状多晶、薄膜和单晶等。
最近，有机材料在电致发光上获得了重要应用。
[１]2 发光材料发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。
发光现象广泛存在于各种材料中，在半导体、绝缘体、有机物和生物中都有不同形式的发光。
发光材料分为有机和无机两大类。
通常把能在可见光和紫外光谱区发光的无机晶体称为晶态磷光体，而将粉末状的发光材料称为荧光粉。
[2]常用的发光材料按激发方式分为：(1) 光致发光材料，由紫外光、可见光以及红外光激发而发光，按照发光性能、应用范围的不同，又分为长余辉发光材料、灯用发光材料和多光子发光材料。
(2) 阴极射线发光材料，由电子束流激发而发光的材料，又称电子束激发发光材料。
(3) 电致发光材料，由电场激发而发光的材料，又称为场致发光材料。
(4) X射线发光材料，由X射线辐射而发光的材料。
(5) 化学发光材料，两种或两种以上的化学物质之间的化学反应而引起发光的材料。
(6) 放射性发光材料，用天然或人造放射性物质辐照而发光的材料。
2.1光致发光材料2.1.1光致发光材料的定义发光就是物质内部以某种方式吸收能量以后，以热辐射以外的光辐射形式发射出多余的能量的过程。
用光激发材料而产生的发光现象，称为光致发光。
光致发光材料一个主要的应用领域是照明光源，包括低压汞灯、高压汞灯、彩色荧光灯、三基色灯和紫外灯等。
其另一个重要的应用领域是等离子体显示。
常见发光材料
VFD用稀土发光材料较少，效率也不高，如SnO2:Eu3+, Y2O2S:Eu3+，很少使用。
3. 场发射显示（FED）稀土发光材料
FED是有可能与PDP和LCD相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于CRT，响应速度（寻址时间） 非常快，而功耗仅是LCD的1/3，其应用前景令人关注。FED稀土发光材料如表2所示。 表2 FED稀土发光材料 组成 颜色 发光效率 SrTiO3:Pr 红 0.4 Y2O3:Eu 红 0.7 Y2O2S:Eu 红 0.57 Y3(Al,Ga)5O12:Tb 绿 0.7 Y2SiO5:Tb 绿 1.1 SrGa2S4:Eu[1] 绿 4.0 ZnS:Cu,Al 绿 2.6 Y2SiO5:Ce 兰 0.4 SrGa2S4:Ce[1] 兰 1.5 ZnS:Ag,Cl 兰 0.75
9 长余辉荧光粉
稀土类长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu,Dy(525nm)和Sr4Al14O25:Eu,Dy(490nm)比硫化锌长余辉荧光粉的 性能要优越得多。余辉时间前者是后者的5～10倍，大于10小时，前者的余辉强度和化学稳定性也比 硫化锌要好得多，因余辉时间大于10小时，而无需使用放射性元素，其安全性更好。稀土长余辉荧 光粉现已得到广泛的应用。另外还有：ZnS:Cu，SrCaS:Eu 10 光子裁剪(photon cutting)荧光粉 绝大多数的光子发光材料（灯用荧光粉，长余辉荧光粉，农用光转换荧光粉，PDP荧光粉等）量子效 率都小于1。长期来，人们期望能提高量子效率，将吸收的光子“裁剪”成二个或二个以上所需要波长 的光子，使量子效率大于1，或者，将不需要的发射光子“裁剪”成所需要的光子。经过多年的研究， 可以利用串级多光子发射效应，无辐射效应，无辐射能量传递和交叉弛豫正在逐步实现这种愿望。 LiGdF4:Eu3+ 红色荧光粉，真空紫外线激发下的量子效率高达195%，是紫外线激发下量子效率的2 倍。 LiGdF4:Er,Tb 绿色荧光粉，VUV激发下量子效率达到130%。 Y2O2S:Tb,Dy [6]绿色荧光粉，利用无辐射能量传递中的交叉弛豫效应（Tb3+→Dy3+）,使Tb3+的5D3 →7Fj能级跃迁发射的兰色光子被剪裁，而使Tb3+的5D4能级的光子数增殖，5D4→7Fj跃迁（绿色） 的几率大大提高。
长余辉材料的种类,性质和应用
长余辉材料的种类，性质和应用摘要：长余辉发光材料又称蓄光型发光材料，是一种重要的发光材料，在陶瓷、消防、传感、涂料、纺织、高分子中都发挥着重要的作用。
本文简述长余辉发光材料的种类、性质,介绍长余辉发光材料的研究进展和最新研究成果，剖析长余辉发光材料发光机理,对长余辉发光材料的应用有着积极的研究参考作用.关键词:长余辉发光材料；发光机理；基本规律长余辉发光材料简称长余辉材料，又被称为蓄光型发光材料、夜光材料,其本质上是一种光致发光材料。
发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。
发光材料是在各种形式能量激发下能发光的固体物质。
长余辉发光材料是指在光源激发停止后发出被人眼察觉的光的时间在20min 以上的发光材料。
［1]长余辉发光材料是常见的发光材料，应用非常广泛,如环卫工人的工作服,发光涂料、发光塑料、发光玻璃和发光陶瓷等夜光产品，背光显示、甚至应用于生物医学检测探针,对我们日常生活也发挥着非常重要的作用。
余辉其实就是在撤去光源后发出的光，这种现象在我们古代的时候就有发现，比如说夜光杯或是夜明珠在夜间发出的夜光，但那时候人们并没有对这种现象进行深入的研究.直到20 世纪初，第二次世界大战军事和防空的需要,进一步促进了这种功能材料的研究和应用.在1866 年，法国化学家Theodore Sidot 初次成功制备了ZnS：Cu，该晶体经过激发光源后,能发出较长的余辉。
这种晶体的成功制备是长余辉发光材料的一个里程碑,大大地激发着科研人员进一步研究长余辉发光材料,也就是从20 世纪初，长余辉得到了迅猛的发展。
[2]1。
长余辉材料的种类1。
1硫化物长余辉发光材料长余辉材料的第一代是硫化物，如碱土硫化物、硫化锌等.最具代表性的是发光颜色为黄绿色的ZnS:Cu系列、发光颜色为蓝色的CaS:Bi系列和发光颜色为红色的CaS：Eu系列。
硫化物长余辉发光材料的突出优点是体色鲜艳、发光颜色多样、弱光下吸光速度快；但是硫化物长余辉材料存在着明显的缺点,如余辉亮度低、余辉时间短、化学稳定性差、易潮解，不能用于室外：而且生产过程对环境污染大。
发光材料教学实验报告
一、实验目的1. 了解发光材料的基本性质和分类；2. 掌握发光材料制备的基本方法；3. 熟悉发光材料在各个领域的应用；4. 培养学生的实验操作能力和团队协作精神。
二、实验原理发光材料是指在外部能量的作用下，能够发出可见光的材料。
根据发光机制，发光材料主要分为以下几类：1. 发光二极管（LED）：利用半导体材料在正向偏压下，电子与空穴复合时释放的能量，产生光子；2. 激光材料：利用受激辐射原理，使光放大并形成单色光；3. 发光有机材料：利用有机分子在激发态下，通过辐射跃迁产生光；4. 发光陶瓷材料：利用陶瓷材料中的离子或杂质在激发态下，通过辐射跃迁产生光。
本实验主要研究LED材料的制备及其光学性能。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：高温炉、紫外可见分光光度计、拉曼光谱仪、电子显微镜、X射线衍射仪等；2. 实验材料：半导体材料、有机发光材料、陶瓷材料等。
四、实验步骤1. 准备实验材料：根据实验要求，选取合适的半导体材料、有机发光材料和陶瓷材料；2. 制备LED材料：将半导体材料、有机发光材料和陶瓷材料进行混合、研磨、烧结等处理，制备出所需的LED材料；3. 测试材料性能：利用紫外可见分光光度计、拉曼光谱仪、电子显微镜、X射线衍射仪等仪器，对制备的LED材料进行光学性能测试；4. 分析实验结果：根据实验数据，分析LED材料的发光机理、光谱特性、结构特征等。
五、实验结果与分析1. 实验结果：（1）LED材料在紫外可见光区有较强的吸收；（2）LED材料在激发态下，具有明显的发光峰；（3）LED材料的发光光谱与激发波长密切相关；（4）LED材料的发光强度与制备工艺有关。
2. 实验分析：（1）LED材料的发光机理为电子与空穴复合，产生光子；（2）LED材料的发光光谱主要由半导体材料的能带结构决定；（3）LED材料的发光强度与材料内部的缺陷、掺杂浓度等因素有关；（4）通过优化制备工艺，可以提高LED材料的发光性能。
发光材料的基本特性和应用
发光材料的基本特性和应用发光材料是一类具有特殊发光性质的材料。
它们能够在光激发下，通过激发态的激光能够使材料发生较强的光发射。
随着光学和光电学技术的不断发展，发光材料在光电领域中的应用也越来越广泛。
发光材料的基本特性1. 发光原理发光材料能够在外界激发下，从能级较高的激发态跃迁到能级较低的基态，释放出能量。
这个过程中可以通过幅射或非幅射的方式进行，而总的效果是将激发态的能量转化为光发射。
发光材料的发光原理种类较多，在具体应用时需要根据材料的性质和作用场景选择合适的原理。
2. 发光颜色发光材料的发光颜色取决于其所处的能级状态，即材料的电子能带结构。
通常情况下，发光材料的发光颜色与其原子、分子等基本成分密切相关。
例如，红色的荧光材料常常来源于草酸根式的阳离子，而绿色的荧光材料则常常来源于镉硫化物等。
3. 发光效率发光材料的发光效率是评价其性能的一个指标。
一般来说，发光效率越高的材料，其发光亮度就越大。
为了提高发光效率，人们通常会对发光材料进行各种改性，比如加入掺杂物、改变结构等。
发光材料的应用1. LED照明LED（Light Emitting Diode）是当前比较常见的照明方式之一。
它利用半导体材料发光的特性，通过多种工艺制成各种形状和颜色的光源，广泛应用于室内、道路照明以及各种装饰灯具等领域。
2. 显示技术发光材料在显示技术中的应用也比较广泛。
例如，在带有发光背景板的液晶电视机和电子书阅读器中，发光材料用来形成底层光源，提供较强的背光照亮。
3. 光电器件发光材料还可以用于制备各种光电器件。
例如，发光二极管（LED）可用于光纤通信、宽带接入、军工雷达等行业，以及荧光粉、荧光玻璃等材料也被应用于指示灯、计数器、高亮度壁画、高温液体液位显示等领域。
4. 生物医疗在生物医疗领域，发光材料也被广泛应用。
例如，用于生物标记实现免疫分析、诊断分子生物学等分析方法；分析、诊断和治疗人类疾病等。
综上所述，发光材料具有独特的性能和应用优势，是现代光电技术和光电学领域中不可或缺的重要组成部分。
发光材料的物理性质及应用
发光材料的物理性质及应用发光材料是一种非常特殊的材料，在受激发而发光的过程中释放出能量。
它们是许多现代技术中必不可少的组成部分，包括照明、电视显示、计算机显示、生物荧光探测等。
在本文中，我们将重点探讨发光材料的物理性质及其应用。
发光机理发光材料受到外部激发时会吸收能量，然后通过一个称为激发态的过渡状态向低能级转移并发光。
发光机理可以通过原子、分子和晶体中不同的过渡状态来描述。
其中，原子的发光是由电子在激发态向基态跃迁引起的，电子在这个过程中释放出能量，形成发光。
分子和晶体的发光则是由于电子和转移发生在分子或晶体中的整个系统上。
在这些情况下，分子或晶体的内部结构决定了发光的能量和波长。
一般来说，有机和无机发光材料的分子结构和化学成分具有很大的区别。
有机和聚合物发光材料通常由一个共轭环系统组成，如苯环。
这种共轭结构可以形成高度稳定的电子态，可以在吸收光子时形成激发态。
由于这种发光方式是由分子中的整个系统来决定的，因此可以通过改变分子的大小、形状和共轭程度来调节其光学性质。
相反，无机发光材料通常是由金属离子和非金属离子组成的晶体，它们的发光是由于离子之间的电子转移引起的。
这意味着无机发光材料的发光性质是由它们的晶体结构和离子的电性质来决定的。
应用领域随着对发光材料的进一步研究，发现它们在许多领域有着重要的应用。
以下是几个常见的应用领域。
1、照明发光二极管（LED）是当今最为常见的照明器件之一。
它内部的半导体材料通过电子的注入和复合来发光。
由于LED的亮度、寿命、能效优势明显，已经在照明领域广泛应用，成为照明技术的主流。
2、显示器发光材料在显示器技术中也扮演着重要的角色。
液晶显示器（LCD）中，液晶屏幕工作时需要后光源的照明。
因此，发光材料常被用于液晶显示器中的背光源模块中。
这种背光源模块通常使用高亮度和长寿命的白光LED，而不是使用传统的荧光灯管。
3、生物荧光探测发光材料也被广泛应用于生物荧光探测。
荧光探针通常是由有机分子或金属配合物构成的，它们受到激发后可以发光，并且在荧光成像和生物分子检测中广泛使用。
第七章发光材料教材
激发源和发光材料分类 发光（Luminescence）一般用来描述某些固体材料 由于吸收能量而随之发生的发射光现象。发光可以以激 发光源类型的不同划分为如下发光类型： 光致发光（Photoluminescence）：以光子或光为激 发光源，常用的有紫外光作激发源。 电 致 发 光 （ Electroluminescence ） ： 以 电 能 作 激 发 源。 阴极致发光（Cathodoluminescence）：使用阴极射 线或电子束为激发源。 热致发光材料：以热作激发源。 等离子发光材料：以等离子体作激发源。
B量子 = E发光 / E吸收= hν发光 / hν吸收= ν发光 / ν吸收
5.2.3
光度效率 发光的流明数与激发源输入流明数的比值：
B量子 =光度发光 / 光度吸收
5.2.4
余辉
发光材料的一个重要特性是它的发光持续时间。
依发光持续时间，我们可应将发光区分为荧光和磷光：
荧光（Fluorescence）：激发和发射两个过程之间的间隙极短，约
中减去第3种颜色。所以，国际照明协会决定选取一组三基色参数x、y、z，
时的颜色匹配过程中只有叠加的办法，称作（x、y、z系统）。任何一种
颜色Q在这种系统中表示为：
Q= ax+by+cz
5.2.5
这 x=称3个作a系色ab数坐c的标相y。=对由a值于为bbx：+cy+z=z1=，所a 以cb如 c果x、y确定了，z5值.2也.6 就定了，
极短余辉
<1μs
短余辉
1~10μs
中短余辉
10-2~1ms
中余辉
1~100ms
长余辉
0.1~1s
极长余辉
>1s
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
这时，基质晶格M吸收激发能，传递 给搀杂离子，使其上升到激发态，它返回 基态时可能有以下三种途径：
①以热的形式把激发能量释放给邻近的晶 格，称为“无辐射弛豫”，也叫荧光猝灭；
②以辐射形式释放激发能量，称 “发光” ；
③S将激发能传递给A，即S吸收的全部 或部分激发能由A产生发射而释放出来，这 种现象称为“敏化发光”，A称为激活剂，S通 常被称为A的敏化剂。
② 稀土化合物作为基质材料
常见的可作为基质材料的稀土化合物 有Y2O3、La2O3和Gd2O3等，也可以稀土 与过渡元素共同构成的化合物作为基质材 料(如YVO4)。
② +4价态稀土离子的光谱特性
+4价态稀土离子和与其相邻的前一个+3 价稀土离子具有相同的4f电子数目。例如， Ce4+和La3+，Pr4+和Ce3+，Tb4+和Gd3+等。
+4价态稀土离子的电荷迁移带能量较低 ，吸收峰往往移到可见光区。
如Ce4+与Ce3+的混价电荷迁移跃迁形成 的吸收峰已延伸到450nm附近，Tb4+的吸收 峰在430nm附近。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在 能带(或能级)之间的能量差值。
在去激发跃迁过程中，电子也可能将一 部分能量转移给其它原子，这时电子辐射的 光能小于跃迁前后电子所在能带(或能级)的 能量差。
⑵ 发光过程
固体发光的物理过程示意图如下：
其中，M表示基质晶格； A和S为搀杂离子； 并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。
发光是一种宏观现象，但它和晶 体内部的缺陷结构、能带结构、能量 传递、载流子迁移等微观性质和过程 密切相关。
⑴ 固体发光与晶体内部结构
晶体中的能带有价带、导带、禁带。
但是，在实际晶体中，可能存在杂质原 子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规 则排列，从而产生一些特殊的能级，称为缺 陷能级。
作为发光材料的晶体，往往有目的 地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级， 它们对晶体的发光起着关键作用。
发光材料类型和性质
1. 固体的发光
某一固体化合物受到光子、带电粒子、 电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收 、存储、传递和转换过程。
如果激发能量转换为可见光区的电磁辐 射，这个物理过程称为固体的发光。
发光材料由基质和激活剂组成，在一些材 料中，还搀入其它杂质离子来改善发光性能。
基质：作为材料主体的化合物； 激活剂：作为发光中心的少量搀杂离子。
Ln（La----Lu） ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s2
⑵ 稀土元素的价态
其中，横坐标为原子序数， 纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。
⑶ 稀土离子的发光特点
+3价稀土离子的发光特点 ①具有f--f 跃迁的发光材料的发射光谱 呈线状，色纯度高； ②荧光寿命长；
非正常价态稀土离子的光谱特性 价态的变化是引发、调节和转换材料功 能特性的重要因素，发光材料的某些功能往 往可通过稀土价态的改变来实现。
①+2价态稀土离子的光谱特性
② +4价态稀土离子的光谱特性
①+2价态稀土离子的光谱特性
+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构 型：4 f n-15 d1和4f n。
⑶ 荧光和磷光
激活剂吸收能量后，激发态的寿命极短 ，一般大约仅10-8s就会自动地回到基态而放 出光子，这种发光现象称为荧光。
撤去激发源后，荧光立即停止。
被激发的物质在切断激发源后仍能继续 发光，这种发光现象称为磷光。
有时磷光能持续几十分钟甚至数小时， 这种发光物质就是通常所说的长余辉材料。
即：“荧光” 指的是激发时的发光， 而“磷光”指的是发光在激发停止后，可 以持续一段时间。
⑷ 稀土发光材料的分类
①稀土离子作为激活剂 在基质中，作为发光中心而掺入的 离子称为激活剂。
以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土 发光材料中的最主要的一类，根据基质材料 的不同又可分为两种情况：
材料基质为稀土化合物； 如Y2O3 ：Eu3+；
材料基质为非稀土化合物的一种方式。晶体中电 子的被激发和去激发互为逆过程。
被激发和去激发可能在价带、导带和 缺陷能级中任意两个之间进行。
被激发和去激发发生的过程如下： ①价带与导带之间； ②价带与缺陷能级之间； ③缺陷能级与导带之间； ④两个不同能量的缺陷能级之间。
电子在去激发跃迁过程中，将所吸收 的能量释放出来，转换成光辐射。
2. 稀土的电子层结构和光谱学性质
发光的本质是能量的转换，稀土之所以 具有优异的发光性能，就在于它具有优异的 能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层 结构决定的。
⑴ 稀土元素基态原子的电于层构型
Sc ls22s22p63s23p63d14s2
Y ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
4fn-15dl构型的特点是5d轨道裸露于外 层，受外部场的影响显著。
4fn-15dl →4fn (即d--f跃迁) 的跃迁发射呈 宽带，强度较高，荧光寿命短，发射光谱随 基质组成、结构的改变而发生明显变化。
与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被 压缩，最终导致最低激发态能量降低，谱线 红移。
③由于4f轨道处于内层，材料的发光 颜色基本不随基质的不同而改变；
④光谱形状很少随温度而变，温度猝 灭小，浓度猝灭小。
在+3价稀土离子中，Y3+和La3+无4f电 子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密 闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适 用于作基质材料。
从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨 道，从f 1 到 f 13，其电子层中都具有未成 对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适 于作为发光材料的激活离子。
可以作为激活剂的稀土离子主要是 Gd3+ 两 侧 的 Sm3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、 Dy3+。
其中应用最多的是Eu3+和Tb3+。
Tb3+是常见的绿色发光材料的激 活离子。
另外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、 Tm3+、Y3+可作为上转换材料的激活剂 或敏化剂。
可以通过选择基质的化学组成，添加适 当的阳离子或阴离子，改变晶场对Eu2+的影 响，制备出特定波长的新型荧光体，提高荧 光体的发光效率，故这类发光材料具有广泛 的应用。