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。

2.1.2光致发光材料与其它发光材料的区别

光致发光材料中含有非放射性的、无毒的硫化锌，它能吸收日光或人造光如荧光灯、白炽灯、弧光灯、金属卤素灯等的光子，吸收的光子作为能量可以激活硫化锌分子，使它们发黄绿光，这在黑暗中尤为明显。当光能量全部耗尽时，硫化锌材料就不会发光了，但是如果其再次接受光照，又会重新发光。根椐硫化锌分子的含量以及接受光照的条件，有些发光材料可以连续使用几年。

2.1.3光致发光材料的具体类型

常见发光种类：灯用材料、日光灯,节能灯,黑光灯,高压汞灯,低压汞灯，LED转换组合白光、长余辉材料、放射性永久发光,超长余辉,长余辉、紫外发光材料、红外线发光材料、上转换发光,红外释光,热释发光, 多光子材料、荧光染料\颜料、稀土荧光,有机荧光等。

(1)反光材料

这种材料可以将照在其表面上的光迅速地反射回来。材料不同，反射的光的波长范围也就不同。反射光的颜色取决于材料吸收何种波长的光并反射何种波长的光，，因此必须要有光照在材料表面，材料表面才能反射光，如各种执照牌、交通标志牌等。光致发光材料是向外发光，而不是反射光。

(2)荧光材料

吸收一定波长的光，立刻向外发出不同波长的光，称为荧光，当入射光消失时，荧光材料就会立刻停止发光。更确切地讲，荧光是指在外界光照下，人眼见到的一些相当亮的颜色光，如绿色、橘黄色、黄色，人们也常称它们为霓虹光。

(3)自发光体

这种材料经常被当作光致发光物体。自发光物体在黑暗中可发光，但事先不需要暴露在日光下。这些材料通常作为表盘上的发光标记以及用于长期发光的物体的制作，它们含有放射性元素。

(4)磷光物体

由于含有磷元素而发光，这种材料也经常被当成光致发光材料。

2.1.4光致发光材料的应用

光致发光粉是制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆的理想材料。

发光油墨不但适用于网印各种发光效果的图案文字，如标牌、玩具、字画、玻璃画、不干胶等，而且因其具有透明度高、成膜性好、涂层薄等特点，可在各类浮雕、圆雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、高分子画、灯饰等工艺品上喷涂或网印，在不影响其原有的饰彩或线条的前提下大大提高其附加值。发光油墨的颜色有：透明、红、蓝、绿、黄等。

光致发光材料在安全方面上的应用是其最为普遍的。在安全方面，光致发光材料可用作安全出口指示标记、撤离标记等。在用作这些标记时，光致发光材料一定要经过严格检测，确保它们符合安全标准。光致发光材料应用在安全方面与装饰品或其它小物品上不同，要求发光材料保持最亮的光照度和持续时间长的照明。

其次用光致发光材料制作精美产品，一些不属安全标志的产品，T恤衫、宣传品、儿童玩具、小标签等可以利用光致发光材料进行装饰印刷。

2.2阴极射线发光材料

2.2.1阴极射线发光材料的定义

阴极射线发光是在真空中从阴极出来的电子经加速后轰击荧光屏所发出的光。所以发光区域只局限于电子所轰击的区域附近。又由于电子的能量在几千电子伏以上，所以除发光以外，还产生X射线。X射线对人体有害，因而在显示屏的玻璃中常添加一些重金属(如Pb)，以吸收在电子轰击下荧光屏所产生的X射线。阴极射线发光是继发光二极管、无机电致发光、有机电致发光之后的第四种发光形式。[３]这是一类在阴极射线激发下能发光的材料。用电子束激发时，其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几万电子伏特，而光致发光时，紫外线光子能量仅5～6eV甚至更低，而光致发光材料在电子束激发下都能发光，甚至有些材料没有光致发光，但却有阴极射线发光。

2.2.2阴极射线发光材料与光致发光材料的区别

由于激发上的差异，同一材料的阴极射线发光材料和光致发光有一些不用点：

(1)不同波长位置上的发光谱带的相对强度有变化。

(2)发光效率不同。阴极射线发光的功率效率一般在5%到25%之间，有些光致发光材

料的量子效率可接近于1，折算成成功率可达40%~50%，甚至更高。

(3)余辉不同。以及涉嫌发光的余辉变短很多，以致光致发光的长余辉材料在电子束

激发下不再有长的余辉。

(4)在电子束的激发下，许多材料容易有发光。有些材料没有光致发光，但却有阴极

射线发光。[4]

2.2.3阴极射线发光材料的具体类型

阴极射线发光材料的常见分类有：彩色电视发光材料、黑白电视发光材料、像素管材料、低压荧光材料、超短余辉材料。

2.2.4阴极射线发光材料的应用

阴极射线发光材料一般用于电子束管用荧光粉，它是发光材料中产量仅次于灯用荧光粉的一种产量较大的荧光粉。它除用于电视、雷达、示波器、计算机终端显示的荧光屏之外，还用于商用机器、光学字体辨认、照相排版、医学电子仪器、飞机驾驶舱表盘等。[5]

2.3电致发光材料

2.3.1电致发光材料的定义

电致发光(电场发光，EL)是指电流通过物质时或物质处于强电场下发光的现象，也就是电能转换为光能的现象，在消费品生产中有时被称为冷光。具有这种性能的物质可作为一种电控发光器件。一般它们是固体元件，具有响应速度快、亮度高、视角广的特点，同时又具有易加工的特点，可制成薄型的、平面的、甚至是柔性的发光器件。目前电致发光的研究方向主要为有机材料的应用。

2.3.2电致发光材料的分类

从发光材料角度可将电致发光分为无机电致发光和有机电致发光。[6]

无机电致发光