稀土长余辉发光玻璃研究进展汇总

稀土长余辉发光玻璃研究进展汇总
稀土长余辉发光玻璃研究进展汇总

长余辉发光材料

摘要:玻璃是一种均匀透明的介质,易于制成各种形状的制品,如大尺寸平板和纤维等。长余辉发光玻璃以其独特的透明性,不仅可用于多晶粉体所应用的各个领域,在激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等光电子高技术领域有潜在的应用价值。由于玻璃的网络结构是近程有序而长程无序,稀土离子在玻璃中的掺杂量可相对较高,因此,玻璃成为一种良好的长余辉发光材料。本文从发展进程、制备方法、发光机理等方面综述了稀土长余辉发光玻璃在国内的研究现状,并对稀土长余辉发光玻璃存在的问题和发展方向进行了探讨。

关键字:稀土发光玻璃;长余辉;制备方法;发光机理

引言

长余辉现象俗称夜光现象,在古代就已被人们发现,如夜明珠、夜光璧.发光物质在激发停止后发射的光称为余辉.一般将余辉短的发光材料称为荧光材料,而把余辉长的称为磷光材料.从发光过程讲,激发能直接(或经过能量传递)转化成发射光的称为荧光,而激发能经过储存然后转化成发射光的称为磷光.长余辉磷光材料通常也称为长余辉发光材料,是指在光源激发停止后发出被人眼察觉的光时间在20min以上的材料.近几年来,长余辉材料的形态已经从多晶粉末扩张到单晶、薄膜、陶瓷、玻璃等等.晶体材料很难以单晶形式制成足够大的平板,其应用领域也就受到了一定的限制.由于均匀、透明、易于加工成各种形状,而且可以进行较高浓度的掺杂,因此玻璃成为长余辉发光材料的良好基质材料,玻璃态的长余辉发光材料可以开拓更加广阔的新的应用领域,如可以应用于激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等诸多领域[1].本文从发展进程和我国研究现状、制备方法、发光机理等方面对稀土长余辉发光玻璃进行了详细介绍,并对目前存在的问题和发展前景进行了展望。

1.研究背景

长余辉发光材料是一种光致发光材料,是研巧和应用最早的发光材料之一。许多身具有长余辉发光特性的天然矿石可被用于制作"夜光杯"和"夜光珠"等物品。我国盛唐时期的诗人王翰曾在《琼州词》中写过诗句"葡萄美酒夜光杯"。北宋的文董也用文字记载了用牡厮制成的"长余精颜料"绘制的"牛"画,画中的牛夜晚还能看到[2]。这些是记载中古代关于长余辉材料的用途。

1.1长余辉发光材料的简介

长余辉发光材料在光源的照射下能够发出可见光,并将吸收的部分能量存储起来,当停

止光源照射时,以光的形式将剩余的能量缓慢释放出来。通常,将样品从被激发后到亮度衰减到0.32mcd/m2的时间定义为余辉可见时间。长余辉发光材料是一种绿色、环保的光致发光材料。

1.2长余辉发光材料的组成

长余辉发光材料一般由基质、激活剂和辅助激活剂兰部分组成。

1.3长余辉发光材料的分类

根据基质的不同,长余辉发光材料可分为硫化物系列[3]、硫氧化物系列[4]、铝酸盐体系[5,6]、钛酸盐体系[7]、硅酸盐体系[8.9]、锡酸盐体系[10]及镓酸盐体系[11]等几大类。

1.4长余辉发光玻璃的发展进程

早在1962年,Cohen和Smith就发现Eu2+掺杂的稀土硅酸钠玻璃吸收能量后会很快产生可见色心,移去光源后,可见颜色迅速衰减,几秒时间内几乎完全消失,这是稀土长余辉发光玻璃的雏形[12].此后的一段时间内,稀土长余辉发光玻璃的研究进展缓慢。到1996年,大多数稀土长余辉发光玻璃的余辉都在1ms数量级。1996年Matsuzawa[13]等发现Eu2+和Dy3+共掺杂的

多晶SrA1

20

4

的余辉时间大于1min,建立了稀土长余辉发光材料发展的里程碑,为长余辉发光

玻璃的研究打下了基础。近几年来,稀土长余辉发光玻璃的研究进展非常迅速。Yamazaki[14]

等制备了掺杂Tb3+的ZnO-B

20

3

-Si0

2

玻璃,移去光源后可以得到余辉大于1 h的绿色稀土长余辉

发光玻璃。Qiuc[15,16]等制备了Eu2+掺杂的绿色发光玻璃CaO-A1

20

3

一B

2

3

和SrO-A1

2

O

3

一SiO

2

,用

白炽灯照射后余辉分别大于8 h和24h。Li等制备出了一种多光色长余辉发光玻璃,即Mn2+离子掺杂的硼硅酸盐玻璃.随着热处理温度的升高,这种玻璃的长余辉发射峰向短波方向发生移动,同一块玻璃经过热处理前后分别出现红、黄、绿色长余辉发光现象[17]。短短的几年时间内,高亮度、长余辉的各种稀土发光玻璃陆续问世。更为引人注目的是飞秒激光作用下含稀土离子的玻璃可以产生长余辉的新现象,聚焦后高能量的飞秒激光能够在短时间内将能量注入材料中具有高度空间选择的区域,可以进行纳米或微米尺寸的三维周期性排列和调制。利用飞秒激光可诱导玻璃微结构并进行微观调控,可以改变玻璃中稀土离子的微观环境使其产生不同的长余辉发光颜色,从而可实现三维光存储和显示.通过改变玻璃的成分和稀土离子的种类,可以在玻璃内部有选择地写入各种颜色的三维立体图像,利用此现象,可以制造自动消失的光存贮元件和三维显示器件。

长余辉发光材料的研究已有近140年的历史。早在1602年Vincenzo便发现了BaS物质的红色余辉发光现象。但是这一发现在当时并没有有得到科研工作者们的广泛关注。1886年,Sidot在ZnS基质中掺入Cu得到黄绿色长余辉材料ZnS:Cu。但是它的发光亮度不高,余辉时

间也不长。为了延长它的余辉时间,后来人们在这种材料的制备过程中加入放射性元素,如矩等,很好的优化了这种材料的余辉性能。随后送种材料被用于实际生产中。但放射性元素对人的身体和自然环境都有危害,这就限制了其在实际生活中的应用。

自上世纪60年代 Palilla 等人[18]首次观察到SrAl 2O 4:Eu 2+的余辉衰减现象后,科研工作

者们对此体系进行了广泛的研究。直到1996年 Matsuzawa 合成了SrAl 2O 4:Eu 2+,Dy 3+,研究发

现这种材料可发出绿色长余辉( 约520nm ),余辉时间可达20-30小时。随后,人们又制备出具有蓝光发射( 约450nm ),余辉时间超过20小时的CaAl 2O 4:Eu 2+,Nd 2+[19]长余辉发光材料。

此后,长余辉发光材料的研究进入一个全新的阶段。不同结构的铝酸盐长余辉发光材料相继被报道出来,如蓝绿色长余辉发光材料Sr 4Al 14O 25:Eu 2+,Dy 3+目前,己经商业化的铝酸盐长余辉

发光材料分别是SrAl 2O 4:Eu 2+,Dy 3+和CaAl 2O 4:Eu 2+,Nd 2+。

20世纪90年代以后,科研工作者们开始研究用硅酸盐作基质的长余辉发光材料。2001年Lin [20]等报道了一种新型蓝色(约470nm )长余辉发光材料Sr 2MgSi 2O 7:Eu 2+,Dy 3+

,它的余辉时间超过20小时。自此,科研工作者们开始大量的研究硅酸盐长余辉,相继被报道出来的有黄色(约550nm )长余辉发光材料化Sr 2SiO 4:Eu 2+,Dy 3+[21]和蓝色(约470nm )长余辉材Sr 3MgSi 2O 8:Eu 2+,Dy 3+[22]。目前,性能优异的硅酸盐长余辉发光材料也被投入到实际生产中。

随着各种铝酸盐长余辉材料和硅酸盐长余辉材料相继被发现,某些以其他无机盐作为基质的长余辉材料也被报道出来。比较引人注目的是Eu 3+,Ti 4+,Mg 2+,掺杂的Y 2O 2S [23]和Pr 3+掺杂

的CaTiO 3[24]红色长余辉材料。另外,橙红色长余辉材料Ca 2SnO 4:Sm 3+[25]也受到很多关注。近年

来被报道的可用作制备长余辉材料的基质有硅铝酸盐、镓酸盐、镓锗酸盐及其它一些复杂体系。

1.5 长余辉材料的发光机理

长余辉发光过程的研究实际上就是研究发光中也与缺陷中也如何进行能量传递的过程。虽然目前有很多模型可以用于解释长余辉发光机理,但大体上可分为两类:载流子传输和隧穿模型。最近又有人提出双光子吸收和V k 传输模型。

1.5.1 空穴传输型

(1) Matsuzawa

在研制SrAl 2O 4:Eu 2+,Dy 3+长余辉材料的与会产生机理时,Matsuzawa [26]根据对其光电导性

的研究提出了一种空穴传输模型(如图1-1所示)。SrAl 2O 4粉末在紫外光的照射下产生空穴

-类型的光电导,这说明其中存在空穴陷阱。余辉过程:在紫外灯的照射下,Eu 2+从价带上获得电子生成Eu 2+,而价带中相应形成的空穴被Dy 3+俘获从而生成Dy 4+。当光照停止后,在热

能量的扰动下Dy4+俘获的空穴被释放回到价带,Dy4+又重新变成Dy3+;而Eu2+俘获的电子则从其激发态跃迂回到基态(发出余辉光),再通过非福射跃迁返回到价态并与其中的空穴相结合。

在这种机理模型中,Matsuzawa提出了两个假设:一是Eu2+的基态与基质的价带接近,二是Eu2+在受到激发时可以获得电子生成Eu2+。

图1-1 Matsuzawa提出的关于SrAl

2O

4

:Eu2+,Dy3+的余辉发光机理模型

(2) Aitasalo模型

将Eu3+还原成Eu2+需要较高的能量(约3.7eV),进一步还原Eu2+应该需要更多的能量,因

此CaAl

2O

4

:Eu2+,Nd3+(包括Sr的衍生物)在紫外或可见光的照射下体系内是不可能生成非常

不稳定的Eu2+,所Aitasalo提出了一种新的长余辉发光机理模型(如图1-2所示)。根据光电导实验,为了保留俘获空穴过程,Aitasalo提出了余辉产生的过程中发生了能量传递给Eu2+的假设。余辉过程:紫外光激发促使电子从价带跃迁到不连续的能级(不知道来源),同时价带中产生的空灰被碱土缺陷(V

Ca

)俘获。在热能量的作用下电子从不连续能级跃迁到氧缺

陷中(V

O ),随后与V

Ca

缺陷中的空穴相复合。释放出来的能量随后被传递给Eu2+,将其激发,

随后又被去激发。在这个机理模型中,Nd3+的作用被认为是增加了阳离子缺陷(V

Ca

)的浓度。

图1-2 Aitasalo 提出的关于CaAl 2O 4:Eu 2+,Nd 3+的余辉发光机理模型

(3) Beauger 模型

Beauger 提出的关于SrAl 2O 4:Eu 2+的余辉发光机理模型(如图1-3所示)。与Aitasalo 模型

类似,都包含了电子被激发到不连续能级上,阳离子缺陷俘获价带中生成的空穴及能量传递给Eu 2+的发生。然而,他假设热能量促使空穴从陷阱中逃逸出来回到价带,然后它们与上面提到的不连续能级上的电子复合。Dy 3+的作用是在紫外光的照射下促使异核电荷转移(Eu 2++ Dy 3+→Eu 3++ Dy 2+),这个可逆反应是热激发的,因而导致520nm 的发射可以延迟。

图1-3 Beauger 提出的关于SrAl 2O 4:Eu 2+的余辉发光机理模型

(4) Clabau

基于Eu 2+的d 轨道接近于SrAl 2O 4的导带、在紫外光的激发下Eu 2+的浓度会减小以及样品中

含有少量的Eu 3+(因为Eu 3+不可能被完全还原成Eu 2+),2005年,Clabau 提出了一种新的关于SrAl 2O 4:Eu 2+的长余辉发光机理模型(如图1-4所示)。在紫外光的照射下,电子从Eu 2+的4f 轨

道被激发到它的5d 轨道,同时价带上的电子被激发到残余的Eu 3+的4f 轨道上(例如:电荷转

移)。随后5d轨道上的电子被光产生的Eu3+附近的氧空穴俘获(V

O

),而价带上生成的空穴被

阳离子缺陷俘获(V

Sr

)。因为这些陷阱俘获激子的过程,Eu2+被氧化为Eu3+,而残余的Eu3+被还原为Eu2+。在常温下的热能量的作用下,被俘获的电子可被直接释放到Eu3+的5d轨道,随后导致产生绿色长余辉。只能低温下(低于150K)观察到的450nm处蓝光发射,可能是由从Eu2+(4f7电子组态)的基态能级与价带的电荷转移(与空穴的去俘获有关)引起的。

图1-4 Clabau的关于SrAl

2O

4

:Eu2+,Dy3+,B3+的余辉发光机理模型

1.5.2 隧穿效应模型

Avouris[27]和Chang[28]等分别观察到Zn

2SiO

4

:Mn和BaFBr:Eu2+在低温下的长余辉发光现象,

但并没有观察到光电导现象,从而提出了隧穿模型(如图1-5所示)。在光的激发下,发光中心基态上的一部分电子直接跃迁到导带上(离子化),随后被导带附近的电子陷阱俘获,当受到热激发,被俘获的电子直接隧穿到发光中心的激发态,然后跃迁回到到基态,产生长余辉。

图1-5 隧穿效应模型1.5.3 双光子吸收模型

2001年,Aitasalo[29]等发现MAl

2O

4

:Eu2+,RE3+(M=Ca2+或Sr2+,RE3+=Dy3+或Nd3+)在530nm光

的激发下可发出位于440nm处的余辉光,从而提出了“双光子吸收”模型(如图1-6所示)。在长波长光的激发下,一个电子从导带跃迁到较深的电子陷阱,随后通过激发态吸收(ESA)跃迁至较浅的电子陷阱,在室温热的作用下,这个电子又被另外一个电子陷阱俘获,而价带中生成的空穴则被价带附近的空穴陷阱俘获,然后电子和空穴获得热能量分别从电子陷阱和空穴陷阱中逃逸出来,它们复合后释放的能量被Eu2+吸收(能量转移),使得Eu2+的4f基态上的电子被激发到5d轨道上,随后5d轨道上的电子跃迁回到4f基态上,

图1-6 双光子吸收模型1.5.4 V

k

心空穴模型

2003年,Yen[30]等发现MgAl

2O

4

:Ce3+的纯基质也可产生长余辉现象,从而提出了V

k

心空穴余

辉机理(如图1-7所示)。在光的激发下,电子从Ce3+的4f基态跃迁到导带(发生电离),随后被导带附近的电子陷阱俘获,价带中的电子也可通过吸收激发能跃迁到Ce3+的5d轨道上,而价态中产生的空穴被价带附近的空穴陷阱俘获,在室温热的作用下,电子和空穴分别从电子陷阱和空穴陷阴逃逸出来,同时被V

K

心俘获,相符合后释放出的能量以光的形式传递出去。

图1-7 V

k

心空穴余辉模型

长余辉发光玻璃同时具有长余辉发光材料晶体和玻璃长程无序、短程有序非晶体的特点,其发光的机理可以借鉴长余辉发光材料的发光机理解释,主要是由材料中的稀土激活离子能级跃迁产生长余辉现象。

在分析玻璃长余辉衰减曲线的基础上,结合其他玻璃、晶体发光的隧道效应机理,Li认为玻璃中的长余辉可能来自于被俘获电子和空穴的热助隧道复合过程,提出了掺杂Mnz+离子的硼硅酸盐玻璃的长余辉和光激励长余辉玻璃的发光机理与模型[31],如图1-8所示。图中的能级位置并不代表样品中实际的能级位置,并假设被陷阱1俘获的电子能够在室温下从陷阱中通过热运动逸出,而被陷阱2俘获的电子在室温下不能通过热运动逃逸,在隧道态的电子能够通过隧道效应与(Mn2+)。复合,放出能量并导致Mn2+的发光。样品被激发时产生的诱导电子被陷阱1和陷阱2俘获;Mn2+离子俘获空穴生成(Mn2+) ;激发停止后,陷阱1中的被俘获电子在室温下通过热运动激发到隧道态(过程a),通过隧道效应与(Mn2+) 复合,放出能量,导致Mn2+发光。电子从陷阱1中的逃逸是一个持续过程,因此,Mn2+的发光也是一个持续过程,亦即长余辉发光.当陷阱1中的电子消耗殆尽时,样品的长余辉也就消失了。这时,被陷阱2所俘获的电子仍稳定存在.用低能光子来照射玻璃时,激励光可以将陷阱2中的电子通过光激励的方式从陷阱中释放.在激励过程中,对被从陷阱2中释放的电子来说有3种情况存在:(b)被直接激发到隧道态,(c)被排空的陷阱1重新俘获,(d)被陷阱1重新俘获后又被激励光激发到隧道态。过程b和d导致样品的光激励发光。当激励光停止后,被陷阱1重新俘获的电子(过程c)重复上面的长余辉过程,导致玻璃的长余辉发光,亦即光激励长余辉发光.此种机理和模型很好地解释了掺杂Mn2+离子的硼硅酸盐玻璃的长余辉发光、光激励发光和光激励长余辉发光现象。

图1-8 掺杂Mn2+离子的硼硅酸盐玻璃的长余辉发光机理示意图

1.6稀土长余辉发光玻璃的制备方法

由于长余辉发光材料的发光性能即与材料的化学组成有关,又还会受到制备方法的影响,为了获得性能优异的长余辉发光材料,需要寻找一种合适的制备方法。目前常用的制备

方法有高温固相法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、燃烧法、水热法、微波法。

1.6.1高温固相法

高温固相法是合成发光材料过程中最早、应用最广泛的一种方法,也是目前可用于工业生产的唯一方法。高温固相法制备过程中用到的初始原料一般是固态粉末,主要是靠混合均匀的反应物在高温下通过扩散发生化学反应来生成目标产物。高温固相法的主要过程是将按照化学计量比称取的反应物到入玛瑙研钵中,加入适量的乙醇后不断研磨直至反应物混合均匀。再将混合物倒入合适体积的坩埚中压平,然后放入马弗炉中按照一定的程序烧结数小时。最佳烧结温度、时间以及反应气氛由目标产物组成和性质决定。待炉温降至常温时,将得到的产物倒入玛瑙研钵中研磨就可获得目标产物。

在用高温固相法制备晶体的过程中,为了克服反应温度过高的问题,通常在初始原料混合过程中加入适当的助溶剂来降低反应的温度。

高温固相法的制备过程如图1-9所示。

图1-9 高温固相法的制备工艺流程图

此方法的优点是制备工艺简单,操作方便,制备条件容易控制,制得的产物发光亮度高。但同时也存在着煅烧温度过高,耗时长,制得的产物颗粒较大、硬度高以及经研磨后发光亮度降低等缺点。

1.6.2溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法(sol-gel)是一种常用的制备发光材料的是化学方法,根据初始原料的不同可分为无机盐水溶液溶胶-凝胶法和金属醇盐溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法是将作为初始反应物的金属无机盐或金属醇盐溶解在溶剂中(水溶液或有机溶液),反应物经过水解或醇解后聚集形成溶胶,溶胶经加热蒸发变成凝胶,然后通过将制得的凝胶干燥、煅烧获得目标产物。溶胶-凝胶法的制备过程如图1-10所示。

图1-10 溶胶-凝胶法的制备流程图

溶胶-凝胶法可以实现分子水平上的均匀混合,反应温度比高温固相法低,简化设备可制得纳米级别的颗粒。缺点是反应周期长,醇盐危害人体健康。

1.6.3化学共沉淀法

化学共沉淀法是另外一种常用的湿化学方法。化学共沉淀法是在一定温度下将沉淀剂加入到含多种阳离子的溶液中,充分混合后,使得这些离子经过水解形成不溶于水的沉淀物析出,将沉淀物经过用水或乙醇反复洗緣、干燥后得到前驱体,然后在一定的温度灼烧前驱体就的目标产物。

与高温固相法相比,化学沉淀法的制备温度较低,制得的产物均匀、颗粒较小、纯度高,但其却存在反应周期长,易引入杂质等缺点。

1.6.4燃烧法

烧法法也是利用化学反应自身放热来制备发光材料的一种新技术,又被称作“自蔓延高温合成法”(Self-Propagating High-Temperrature Synathesis)。燃烧法的基本原理是将作为反应物的硝酸盐溶解在水中,加入适量的助燃剂(尿素),加热后发生化学反应从而放出热量以维持反应所需的高温,直到反应结束。将冷却后所得的物质研磨就可得到目标产物。

燃烧法的优点是制备周期短、产物均匀、颗粒较小、易粉碎,缺点是制备过程中会生成大量的氨气,污染空气。

1.6.5微波法

微波法是利用微波产生的能量促使反应发生来制备目标产物。在微波法中用到的介质是水。微波法是一种新型的加热技术,具有反应速度快、耗时短、节约能源、制得的产物比较均匀等特点。

1.6.6水热法

水热法是将不溶于水的反应物和水的混合物加入到聚四氟乙烯反应器中,将其置于高压反应塞中密封,然后放入烘箱按照一定的程序加热,反应完成后,用水和乙醇反复多次洗涤得到的物质,离心真空干燥后可获得目标产物。由于水热法的原理是在很多在常温、常压下不溶于水的无机盐在高温、高压下可溶于水,从而产生反应,这就使得水热法只适用于一些用不溶于水的氧化物、氢氧化物和硫化物作为初始原料的目标产物的制备,应用范围不广。水热法的制备温度较低,产物稳定、缺陷较少,可制得纳米级的颗粒,但反应条件苛刻,对设备的要求较高,产物亮度低。

其它常用于制备发光材料的方法是;电弧法、模板法、电喷雾法和微乳液法。

1.7长余辉发光玻璃材料的表征

1.7.1X射线粉末衍射(XRD)

XRD物相分析是基于多晶样品对X射线的衍射效应,对样品中各组分的存在形态进行分析。测定样品的结晶情况、晶相组成及晶体结构等。可以定性或定量分析材料的物相组成。

1.7.2 电感耦合等离子体发射光谱(ICP)

ICP是利用电感耦合等离子体作为激发源,根据处于激发态的待测元素原子回到基态时

发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。

1.7.3 扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)

扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)均可对材料的粒度大小和外貌进行分

(1)SEM分析可以提供的信息有材料的几何形貌,粉体的分散状态,颗粒大小及特定形

(2)TEM分析可以获得样品形貌,颗粒大小,分布及特定形貌区域的元素组成和物相结构的信息。特别适合对纳米粉体材料进行分析。

1.7.4 差热分析(DTA)和热重分析(TGA)

(1)许多物质在被加热或冷却的过程中,会发生物理或化学等的变化,如相变、脱水、分解或化合等过程。与此同时,必然伴随有吸热或放热现象。当我们把送种能够发生物理或化学变化并伴随有热效应的物质,与一个对热稳定的、在整个变温过程中无热效应产生的基准物在相同的条件下加热(或冷却)时,在样品和基准物之间就会产生温度差,通过测定这种温度差可了解物质变化规律,从而确定物质的一些重要物理化学性质,称为差热分析(Differential Thermal Analysis,DTA)。

(2)热重分析(Thermogravimetric Analysis,TG或TGA),是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术,用来研究材料的热稳定性和组份。热重分析法可以研巧晶体性质的变化,如烙化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象;研究物质的热稳定性、分解过程、脱水、解离、氧化、还原、成份的定量分析、添加剂与填充剂影响、水份与挥发物、反应动力学等化学现象。

1.7.5 漫反射光谱测量

漫反射光是分析光进入样品内部后,经过多次反射、折射、衍射、吸收后返回到样品表面的光。漫反射光是分析光与样品内部分子发生了巧互作用后的光,因此负载了样品结构和组成的信息。

1.7.6 荧光光谱测量

荧光光谱包括激发光谱(PLE)和发射光谱(PL)。

(1)激发光谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的

变化情况,也就是不同波长的激发光的相对效率。

(2)发射光谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布情况,也就是荧光中不同波长的光成分的相对强度。

1.7.7 余辉衰减曲线测量

长余辉发光材料在外界激发下发光,当激发停止后,发光持续一定时间。在持续期间,发光强度按一定规律衰减。这一过程称为余辉。余辉衰减曲线指的是长余辉发光材料的发光强度在激发停止后随时间的衰减现象。

1.7.8 热释光曲线测量

物质受到电离辐射等作用后,将辐射能量储存与陷阱中。当加热时,陷阱中的能量便光的形式释放出来,这种现象称为热释发光。热释光的强度与加热温度(或加热时间)的关系曲线叫做发光曲线。

2.国内外研究现状

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发光现象与机理分析

发光现象 “发光”是物体内部以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程,叠加在热辐射之上的一种光发射,是一个技术名词。在外界激发下能发光的物质叫发光物质,通常不包含单纯热辐射导致的发光,如太阳是热辐射,不算是发光物质,固体中的电子受到外界能量的激发(如光吸收),从基态跃迁到激发态,这是一种非平衡态。处于激发态的电子具有一定的寿命,以一定几率回落到基态,并把多余的能量以各种形式释放出来,如果以光能的形式释放,称为发光过程。自然界中的很多物体(包括固体、液体和气体,有机物和无机物),都具有发光的性能。任何物体在

一定温度下均有热辐射(热发光),严格的固体发光概念不包含热发光。发光现象有两个主要特征:1.发光为固体吸收外界能量后,所发出总辐射超出热发射的部分。2.外界激发源对物体的作用停止后,发光会持续一段时间。并非一切光辐射都称为发光,发光是光辐射一部分。 光辐射是平衡辐射与非平衡辐射的总和。光辐射的特征一般可用5个宏观光学参量描述:亮度、光谱、相干性、偏振度和辐射期间。平衡辐射是炽热物体的光辐射,又叫热辐射。温度在0K以上的任何物体都有热辐射,但温度不够高时辐射波长大多在红外区,人眼看不见。物体的温度达到5000 C以上时,辐射的可见部分就够强了,例如烧红了的铁,电灯泡中的灯丝等。非平衡辐射是在某种外界作用激发下,物体偏离

原来的热平衡态所产生的辐射。发光是其一种,除了发光以外,还有反射、散射等。当然发光有别于其它的非平衡辐射。发光有一个比较长的延续时间,这就是在激发,即外界作用停止后发光不是马上消失而是逐渐变弱,这个过程也称为余辉,这个延续时间长的可达几十小时,短的也有10- sec 左右,总之都比反射、散射的持续时间长很多。随着技术的发展,现在能够测量的时间,已经突破一个飞秒(fs = 10 —15 秒)。而测到的发光弛豫时间短到皮秒(ps =10-12 秒)的例子也很多。发光材料能够发出明亮的光,而它的温度却比室温高不了多少。因此发光有时也被称为“冷光”。 固体发光是电磁波、带电粒子、电能、机械能及 化学能等作用到固体上而被转化为光能的现象固体

长余辉材料的种类、性质和应用 刘钦濡

长余辉材料的种类、性质和应用 季杨琛(山东师范大学化学化工与材料科学学院,2015级化工一班,201510010201) [摘要]系统地介绍了长余辉材料的种类、性质及几种应用。 [关键词]长余辉材料;材料种类;性质;发明应用 长余辉发光材料属于光致发光材料的一种,又称夜光粉,其将白天吸收的太阳能储存起来,晚上释放储存能量而产生余辉光。由于长余辉发光材料夜晚发光 的特点,从而在很多领域被广泛应用,比如制成航空仪表和汽车仪表的字盘显示器、发光涂料、发光油墨、消防安全装置、发光陶瓷等材料。长余辉发光材料分研究较早的硫化物型材料(如硫化钙和硫化锌等)和近年来研究较多的氧化物体系(如 铝酸盐和硅酸盐体系)。由于长余辉发光材料夜晚发光的特点,从而在很多领域被 广泛应用,比如制成航空仪表和汽车仪表的字盘显示器、发光涂料、发光油墨、消防安全装置、发光陶瓷等材料。 1.长余辉材料的种类 铝酸盐基 自从1993年Matsuzawa等合成了共掺Dy的SrAl2O4:Eu研究发现其余辉衰减时间长达2000min。随后,人们有相继开发了一系列稀土激活的铝酸盐长余辉材料,如蓝色CaAl2O4:Eu,Nd和蓝绿色Sr4Al14O25:Eu,Dy。铝酸盐的长余辉材料,其激活剂主要是Eu,余晖发光颜色主要集中于蓝绿光波长范围。时至今日,虽然铝酸盐的耐水性不是很好,铝酸盐体系长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy和Sr4Al14O25:Eu,Dy 仍以获得了巨大的商业应用,是现阶段主要的长余辉材料的研究和应用关注材料。 硅酸盐基 采用硅酸盐为基质的长余辉材料,由于硅酸盐具有良好的化学稳定性和热稳定性,同时原料SiO2廉价、易得,近些年来越来越受人们重视,并且这种硅酸盐材料广泛应用于照明及显示领域。自从1975年日本首先开发出硅酸盐长余辉材料Zn2SiO4:Mn, As ,其余辉时间为 30min。此后,多种硅酸盐的长余辉材料也相继被开发,如Sr2MgSi2O7:Eu,Dy、Ca2MgSi2O7:Eu,Dy、MgSiO3:Mn,Eu,Dy,材料及性能参数见表

蓝色长余辉发光材料的合成及其发光性能(精)

蓝色长余辉发光材料的合成及其发光性能 稀土离子激活的铝酸盐和硅酸盐是两类化学性能稳定、发光强和色纯 度高的蓝色发光材料,并且其余辉呈慢衰减的特性。本文综述了稀土离子激活的铝酸盐和硅酸盐蓝色长余辉材料的常用制备方法,介绍了其发光基质及发光性能的影响因素,采用如下方法合成了性能良好的长余辉材料。以尿素和醋酸作为辅助剂,采用简易溶胶—凝胶燃烧法合成长余辉材料Sr2MgSi2O7: Eu2+,Dy3+。简 易溶胶—凝胶燃烧法综合了溶胶—凝胶法,燃烧法和超声波法。采用简易溶胶—凝胶燃烧法合成的产物具有发光性能好,颗粒小等特点。因此具有更广的应用价值。当Eu2+:Dy3+的摩尔百分比为3% : 6%,产物的发光性能最好。测试结果表明,当产物被激发峰λex=230nm激发时,有很宽的发射光谱(420—550nm)。因此长余辉材料Sr2MgSi2O7: Eu2+,Dy3+是具有广阔应用前景的蓝色发光材料。燃 烧法合成了长余辉发光材料CaAl2O4:Eu2+,Dy3+,Nd3+。文章讨论了Dy3+的掺入量、Nd3+的掺入量、分散方法(搅拌或超声波分散)和燃烧温度等影响材料发光 性能的因素。测试结果表明,我们可以看出加入一定量的Dy3+能够增强 CaAl2O4:Eu2+,Nd3+的发光强度,加入合适摩尔含量的H3BO3后,形成晶体所需的温度会降低。用超声波分散方法处理样品比用搅拌处理的样品的发光性能要 好。研究了燃烧温度、Eu2+和Dy3+的掺杂量、助熔剂硼酸的加入量、尿素加入 量及Al/Sr的比例对Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料发光性能的影响, 从而确定了长余辉发光材料Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+的最佳合成工艺.所得产物 分别进行了XRD、TEM、荧光测试和亮度测试,分析结果表明磷光体存在400nm 和482nm两个发射峰,分别对应于Eu2+在基质中两种不同的存在方式,与传统的 高温固相法相比发射主峰出现了蓝移;亮度测试找到了最佳的原料配比及合成条件. 同主题文章 【关键词相关文档搜索】:物理化学; 长余辉发光材料; 溶胶-凝胶燃烧法; 超声波分散; 光学性质 【作者相关信息搜索】:中南民族大学;物理化学;陈栋华;张博;

稀土长余辉发光材料SrAl2O4Eu2+,Dy3+的制备及性能研究【文献综述】

文献综述 稀土长余辉发光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的制备及性能研究 一、前言 长余辉发光材料属于光致发光材料的一种,发光持续时间较长,最长可达十几个小时,也称蓄光型发光材料、荧光粉等。由于长余辉发光材料的余辉和温度特性,即使用环境温度变化时材料和制品的发光亮度会相应改变[1],因而,长余辉发光材料除被用做蓄光材料外,还可用作制备传感器的敏感材料。近年来,长余辉发光材料的应用研究不断进展,范围也 迅速扩大,已在消防安全、建筑装饰、涂料油墨、陶瓷器件、交通运输和城乡建设等发挥着照明、指示、装饰等作用. 长余辉发光材料的种类与特性 1)金属硫化物体系长余辉发光材料。即传统的、第一代。典型代表是ZnS∶Cu, Co材料,其发光颜色多样,弱光下吸收速度较快,但余辉时间短,化学性质不稳定,易潮解。虽然加入放射性元素后可克服以上缺点,可是放射性元素对环境和人体会造成危害,从而极大地限制了它的应用。2)铝酸盐体系长余辉发光材料。目前,铝酸盐体系中发光性能比较优异的长余辉发光材料主要是MAl2O4∶Eu3 + , R3 + (Dy3 + , Nd3 +等) ,其发射峰主要是集中在蓝绿光波段,亮度高,余辉时间长,且化学稳定性好[2]。铝酸盐体系长余辉发光材料的突出优点是余辉性能超群、化学稳定性好和光稳定性好;缺点是遇水不稳定、发光颜色不丰富。3)硅酸盐体系长余辉发光材料. 化学稳定性好、耐水性强、紫外辐照性稳定、余辉亮度高、余辉时间长、应用特性优异等特点,弥补了铝酸盐体系的不足,将长余辉材料的研究推向了一个新的时代。 目前,获得实际应用的长余辉发光材料主要是传统的硫化物体系长余辉材料和掺有稀土元素的长余辉发光材料。本文主要综述了稀土掺杂Eu2+,Dy3+的铝酸盐体系长余辉发光材料的制备及发展。 二、稀土长余辉发光材料制备工艺 1.高温固相反应法[3-6] 高温固相法是合成发光材料中应用最早和最多的一种方法。固相反应通常取决于材料的晶体结构和缺陷结构,而不仅仅是成分的固有反应性能,固相反应的充要条件是反应物必须相互接触,即反应是通过颗粒间界面进行的。反应物颗粒越细,其比表面积也就越大,有利于固相反应的进行。因此,将反应物充分混合和研磨均匀,可增加反应物之间的接触面积,

稀土长余辉发光材料的发展

稀土长余辉发光材料的发展、发光机理及应用 李沣 刘志宇 黄云翔 史怡 摘要:产品中的每一种材料在其中都发挥着其它材料所无可替代的作用,长余辉发光材料就是这众多材料中的一种。它,用量少,但是它长时间发出的余辉,确实很好地解决了许多看似不起眼但是实际办起来又很棘手的问题。 关键词:长余辉发光、硫化物、铝酸盐、稀土金属离子、空穴、缺陷能级 1.相关概念 1.1 荧光与磷光 最初的发光分为荧光及磷光两种。荧光是指在激发时发出的光,磷光是指在激发停止后发出的光。由于瞬态光谱技术的发展,现在对荧光和磷光不作严格区别,荧光和磷光的时间界限已不清楚。但发光总是延迟于激发的,目前从概念上区分这两种发光的判据是从激发到发射是否经历了中间过程。发光的衰减规律常常很复杂,很难用一个反映衰减规律的参数来表示,所以在应用中就硬性规定当激发停止时的发光亮度L衰减到L0的10%时所经历的时间为余辉时间,简称余辉。一般以持续时间10-8 s为分界,短于的10-8 s称为荧光,长于10-8 s的称为磷光。 1.2 吸收光谱与激发光谱 吸收光谱是描述吸收系数随入射光波长变化的谱图。发光材料的吸收光谱主要决定于材料的基质,激活剂和其他杂质对吸收光谱也有一定影响。多数情况下,发光中心是一个复杂的结构,发光材料基质晶格周围的离子对它的性质会产生影响,也可以是由发光材料制备中形成的基质晶格的空位决定。被吸收的光能一部分辐射发光,其余的以晶格振动等非辐射方式消耗掉。大多数发光材料主要吸收带在紫外光谱区。 激发光谱是指发光材料在不同波长的激发下,该材料的某一发光谱线的发光强度与激发波长的关系。激发光谱反映了不同波长的光激发材料的效果。

稀土发光材料研究进展

稀土发光材料 来源:本站原创日期:2009-01-16 加入收藏 1 稀土发光材料发展年表 稀土元素无论被用作发光(荧光)材料的基质成分,还是被用作激活剂,共激活剂,敏化剂或掺杂剂,所制成的发光材料,一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。30多年来,我国稀土发光及材料科学技术的研发在各级领导和部门关心下从起步和跟踪走向自主发展;稀土荧光体(粉)生产从零开始,已形成一个新的产业。 20世纪60年代是稀土离子发光及其发光材料基础研究和应用发展的划时代和转折点。三价稀土离子发光的光学光谱学、晶体场理论等基础研究日益深入和完善。1964年,高效YVO4∶Eu和Y2O3∶Eu红色荧光粉和1968年Y2O2S∶Eu红色荧光粉的发明,并很快被应用于彩色电视显象管(CRT)中。步入70年代,无论是基础研究,还是新材料研制及其开发应用进入迅速发展时期。 在20世纪70年代以前,我国稀土发光及材料科学和技术并没有形成,仅中科院物理所对CaS和SrS体系中掺Eu、Sm、Ce离子的红外磷光体的光致发光性能,以及在ZnS∶Cu或Mn的电致发光材料中某些稀土离子作为掺杂剂对性能影响进行少量的研究。所用稀土材料全部进口,价格比黄金还贵。 20世纪70年代中科院长春物理所抓住机遇,将这一时期国际上大量的新科研成果引入翻译出版向全国介绍,起"催化剂"作用;同时有一批从事稀土分离的化学科技工作者也纷纷转入从事稀土发光及材料科研和开发工作,加之彩电荧光粉会战,使这一新兴学科在我国正式起步并不断发展。 20世纪60和70年代国际稀土发光材料发展和我国稀土冶炼及分离工业崛起,许多单位跟踪国际上已有成效的工作,纷纷开展稀土离子发光性能研究,以及许多不同用途、不同体系的稀土发光功能材料的研发工作,这里特别应指出的彩电荧光粉成为全国会战任务。 根据当时国内外发展,1973年国家计委下达彩电荧光粉全国会战任务,由中科院长春物理所任组长单位,组织北京大学、北京有色金属研究总院、南京华东电子管厂、北京化工

长余辉材料的种类,性质和应用汇总

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。其最大缺点是不耐紫外线,在紫外线照射下会逐渐发黑,极大地限制了其使用范围。经逐步完善,在加入Co、Er等激活剂后,该材料的余辉时间由原来的200min延长至约500min,但放射性元素的加入对人身健康和环境都造成危害因此材料的使用受到极大的限制。[1] 1.2铝酸盐长余辉发光材料 自从1993年Matsuzawa等合成了共掺Dy的SrAl2O4:Eu研究发现其余辉衰减时间长达2000min。随后,人们有相继开发了一系列稀土激活的铝酸盐长余辉材料,如蓝色CaAl2O4:Eu,Nd和蓝绿色Sr4Al14O25:Eu,Dy。铝酸盐的长余辉材料,其激活剂主要是Eu,余

长余辉发光材料概述

长余辉发光材料概述 摘要 本文综述了长余辉材料的发光机理及制备方法,并简单介绍了硫化物长余辉发光材料、铝酸盐长余辉发光材料及硅酸盐长余辉发光材料。 关键词:长余辉;发光材料 1.长余辉发光材料简介 长余辉发光材料简称长余辉材料,又称夜光材料、蓄光材料。它是一类吸收太阳光或人工光源所产生的光的能量后,将部分能量储存起来,然后缓慢地把储存的能量以可见光的形式释放出来,在光源撤除后仍然可以长时间发出可见光的物质[1]。 2.长余辉发光材料的基本机理 长余辉材料被激发以后,能长时间持续发光,其关键在于有适当深度的陷阱能态(即能量存储器)。光激发时产生的自由电子(或自由空穴)落入陷阱中储存起来,激发停止后,靠常温下的热扰动而释放出被俘的陷阱电子(或陷阱空穴)与发光中心复合产生余辉光。随着陷阱逐渐被腾空,余辉光也逐渐衰减至消失。而陷阱态来源于晶体的结构缺陷,换言之,寻求最佳的晶体缺陷以形成最佳陷阱(种类、深度、浓度等)是获得长余辉的主要因素。余辉时间的长短决定于陷阱深度与余辉强度,余辉光的强度依赖于陷阱浓度、容量与释放电子(或空穴)的速率。而晶体缺陷的产生除了材料制备过程中自然形成的结构缺陷外,主要是掺杂。 长余辉发光机理实际是发光中心与缺陷中心间如何进行能量传递的过程,具体的长余辉材料有不同的发光模型,但最流行的是两类:一是载流子传输;二是隧穿效应。前者包含电子传输、空穴传输和电子空穴共传输,后者包括激发、能量存储与热激励产生发射的全程隧穿和仅是“热激励”发射的半程隧穿。除这两类外,学术界还有学者提出位形坐标[2]、能量传递、双光子吸收和Vk传输模型。至今为止,上述模型都是根据已有的实验结果提出的假设,可以解释一定的实验现象,但缺乏足够的论据,也存在若干不确定因素,难以让人信服,而发光机理的研究又是为新材料设计提供物理依据所必须的,有待进一步深入。

稀土硅酸盐长余辉发光材料的合成与性质(精)

稀土硅酸盐长余辉发光材料的合成与性质 20世纪90年代制备出的铝酸盐体系长余辉发光材料因其优良的发光性能而倍受关注。然而,该体系耐水性差,限制了其应用。为此,近年来又开发出化学性质更稳定的硅酸盐体系长余辉发光材料,但其发光性能有待进一步提高,仍有许多理论问题亟待解决。目前,长余辉发光材料多用高温固相法制备,该法具有反应不完全,灼烧温度高,反应时间长,产物晶粒大,硬度高,粉碎后发光强度明显降低等诸多缺点,限制了其应用。因而,开发新的合成方法受到越来越多人的关注。本论文以稀土焦硅酸盐长余辉材料为研究对象,探索出合成该类材料的一种新方法一凝胶燃烧法。与高温固相法相比,该法具有离子分散均匀,合成温度低,操作简单,晶粒度小等优点。借助KRD, SEM,荧光光谱等现代测试手段,对合成产物进行了分析和表征,得出以下成果和结论:(1)研究发现溶液的pH值,水浴温度,起火温度,H3B03用量,尿素用量等对材料的物相结构、形貌粒度、发光性能等有着显著的影响,通过一系列实验确定了最佳工艺条件。(2)在最佳工艺条件下,对Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+)进行了系列稀土离子Ln3+的共掺杂。研究发现:Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Ln~(3+)(Ln=La,Ce,Nd,Sm,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm)的晶体结构均为四方晶系结构;其激发、发射光谱的峰形、峰位基本无变化,主激发峰位于402nm,次激发峰位于415nm,与高温固相法和溶胶-凝胶法制得的 Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的激发峰相比,出现了明显的红移现象;发射光谱也为一宽带,最大发射峰位于468nm附近,是典型的Eu~(2+)的4f5d-4f跃迁导致的。共掺杂稀土离子Ln~(3+)的种类对材料发光强度、余辉性能有着明显的影响,其中Dy~(3+)是最理想的共掺杂离 子,Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)的发光亮度最高、余辉时间最长,可达5h 以上;而Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Sm~(3+)的发光亮度最低、余辉时间最短,不到1 min。(3)在Sr_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)基质中,掺入不同量的 Ca~(2+),制得Sr_(2-x)Ca_xMgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)(x=0,0.5,1,1.5,2)系列样品。研究发现:此系列样品的晶体结构均属四方晶系,但晶胞参数随 Ca~(2+)的增加而减小。激发和发射光谱均为宽带连续谱,最大激发峰位于 400nm左右,随着Ca~(2+)含量的增加,Sr_(2- x)Ca_xMgSi_2O_7:Eu~(2+),Dy~(3+)(x=0,0.5,1,1.5,2)的发射峰位依次为 468nm,483nm,500nm,512nm,520nm,发光颜色依次呈现蓝,蓝绿,绿,黄绿,黄色;初始亮度逐渐降低,余辉时间逐渐缩短。(4)用“位型坐标”模型合理解释了 M_2MgSi_2O_7:Eu~(2+),Ln~(3+)(M=Sr, Ca)长余辉发光行为。 同主题文章 [1]. 周传仓,卢忠远,戴亚堂,王兵. 共沉淀法制备超细长余辉发光材料铝酸锶铕镝的研究' [J]. 稀有金属. 2005.(01) [2]. 崔景强,陈永杰,杨英,耿秀娟,石爽. 掺杂B对长余辉发光材料 SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)发光性能的影响' [J]. 沈阳化工学院学报. 2006.(02) [3].

光致发光材料荧光光谱分析解读

第六章光致发光材料荧光光致发光材料荧光光谱分析荧光光谱分析 案例: 3000 534.4 5000 627.8 Intensity/a.u. 2000150010005000 200 300 400 500 600 700 262.4 Intensity/a.u. 2500 4000300020001000 550 600 650 700 567 wavelength/nmwavelength/nm 图6-1 CaS:Eu,Sm激发光谱(监控波长630nm)图6-2 CaS:Eu,Sm荧光光谱(监控波长630nm) 100 35003000 Intensity/a.u. 629.8 806040200 Intensity/a.u. 25002000150010005000 550 600

650 700 750 8001000120014001600 λ/nm wavelength/nm 图6-4 CaS:Eu,Sm红外响应光谱 图6-3 CaS:Eu,Sm红外上转换发射光谱(980nm激发)概念: 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后,吸收了外界能量,其电子处于激发状态,物质只要不因此而发生化学变化,当外界激发停止以后,处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中,一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来,就称为发光现象。概括地说,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。日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。一只日光灯,接通电源以后,首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光(这叫做气体发光),然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉,从而发出可见光。夜明像章之所以能在晚上闪闪发光,是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候,像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来,然后慢慢地发出光来,这种发光可以持续几个小时。 紫外线和红外线虽然看不见,但我们也把他们归结为光。因此,光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。 下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。 一. 吸收光谱 当光照射到发光材料上时,一部分被反射、散射,一部分透射,剩下的被吸收。只有被吸收的这部分光才对发光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。研究哪些波长被吸收,吸收多少,显然是重要的。 发光材料对光的吸收,和一般物质一样,都遵循以下的规律,即: I(λ)=I0(λ)e-kλx 其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度,I(λ)是光通过厚度x后的强度,kλ是不依赖光强、但随波长变化而变化的,称为吸收系数。kλ随波长(或频率)的变化,叫作吸收光谱。发光材料的吸收光谱,首先决定于基质,而激活剂和其他杂质也起一定的作用,它们可以产生吸收带或吸收线。 二. 反射光谱

长余辉材料

长余辉材料 长余辉发光材料简称长余辉材料,又称夜光材料。它是一类吸收太阳或人工光源所产生的光发出可见光,而且在激发停止后仍可继续发光的物质。具有利用阳光或灯光储光,夜晚或在黑暗处发光的特点,是一种储能、节能的发光材料。长余辉材料不消耗电能,但能把吸收的自然光储存起来,在较暗的环境中呈现出明亮可辨的可见光,具有照明功能,可以起到指示照明的作用,是一种“绿色”光源材料。尤其是稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料的余辉时间可达12h以上,具有白昼蓄光、夜间发射的长期循环蓄光、发光的特点,有着广泛的应用前景。 1、发光机理 (1)空穴传输模型 对于这类材料,最早的模型是由Matsuzawa等在SrAl2O4:Eu,Dy体系中提出的空穴传输模型。基于这个模型,Matsuzawa认为,在长余辉材料SrAl2O4:Eu,Dy中,Eu为电子俘获中心,Dy是空穴俘获中心。当材料受UV激发时,Eu可俘获电子变为Eu,由此产生的空穴经价带被Dy俘获生成Dy,停止激发后,由于热运动的关系,空穴发生逃逸,经过与上述过程相反的过程与导致Eu的特征发光,示意图如图1所示。该模型在各种Eu和Dy共掺的长余辉材料机理解释中被广泛为引用,成为Eu和Dy共掺的长余辉材料机理的通用 (2)位移坐标模型 位移坐标模型最早是邱建荣和苏锵等人提出。图2是位移坐标模型示意图。A为Eu2+的基态能级,B为其激发态能级,C能级为缺陷能级。C可以是掺入的杂质离子,也可以是由基质中的某些缺陷产生的缺陷能级。苏锵等人认为C可以起到捕获电子的作用。在外部光源的作用下,电子受激发从基态跃迁到激发态(1),一部分电子跃迁回到低能态发光(2)。另一部分电子通过弛豫过程储存在缺陷能及C中(3)。当缺陷能级电子吸收能量时,重新受到激发回到激发态能级,跃迁回基态而发光。余晖的时间长短与储存在缺陷能级中的电子数量,及吸收的能量(热量)有关,缺陷能级中的电子数量越多,余晖时间越长,吸收的能量多,从而产生持续的发光。

稀土长余辉发光玻璃研究进展汇总

长余辉发光材料 摘要:玻璃是一种均匀透明的介质,易于制成各种形状的制品,如大尺寸平板和纤维等。长余辉发光玻璃以其独特的透明性,不仅可用于多晶粉体所应用的各个领域,在激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等光电子高技术领域有潜在的应用价值。由于玻璃的网络结构是近程有序而长程无序,稀土离子在玻璃中的掺杂量可相对较高,因此,玻璃成为一种良好的长余辉发光材料。本文从发展进程、制备方法、发光机理等方面综述了稀土长余辉发光玻璃在国内的研究现状,并对稀土长余辉发光玻璃存在的问题和发展方向进行了探讨。 关键字:稀土发光玻璃;长余辉;制备方法;发光机理 引言 长余辉现象俗称夜光现象,在古代就已被人们发现,如夜明珠、夜光璧.发光物质在激发停止后发射的光称为余辉.一般将余辉短的发光材料称为荧光材料,而把余辉长的称为磷光材料.从发光过程讲,激发能直接(或经过能量传递)转化成发射光的称为荧光,而激发能经过储存然后转化成发射光的称为磷光.长余辉磷光材料通常也称为长余辉发光材料,是指在光源激发停止后发出被人眼察觉的光时间在20min以上的材料.近几年来,长余辉材料的形态已经从多晶粉末扩张到单晶、薄膜、陶瓷、玻璃等等.晶体材料很难以单晶形式制成足够大的平板,其应用领域也就受到了一定的限制.由于均匀、透明、易于加工成各种形状,而且可以进行较高浓度的掺杂,因此玻璃成为长余辉发光材料的良好基质材料,玻璃态的长余辉发光材料可以开拓更加广阔的新的应用领域,如可以应用于激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等诸多领域[1].本文从发展进程和我国研究现状、制备方法、发光机理等方面对稀土长余辉发光玻璃进行了详细介绍,并对目前存在的问题和发展前景进行了展望。 1.研究背景 长余辉发光材料是一种光致发光材料,是研巧和应用最早的发光材料之一。许多身具有长余辉发光特性的天然矿石可被用于制作"夜光杯"和"夜光珠"等物品。我国盛唐时期的诗人王翰曾在《琼州词》中写过诗句"葡萄美酒夜光杯"。北宋的文董也用文字记载了用牡厮制成的"长余精颜料"绘制的"牛"画,画中的牛夜晚还能看到[2]。这些是记载中古代关于长余辉材料的用途。 1.1长余辉发光材料的简介 长余辉发光材料在光源的照射下能够发出可见光,并将吸收的部分能量存储起来,当停

光致发光材料光谱分析

第六章光致发光材料光谱分析 概念: 当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后,吸收了外界能量,其电子处于激发状态,物质只要不因此而发生化学变化,当外界激发停止以后,处于激发状态的电子总要跃迁回到基态。在这个过程中,一部分多余能量通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式发射出来,就称为发光现象。概括地说,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。日常生活中常见的如日光灯和夜明像章的发光就是光致发光。一只日光灯,接通电源以后,首先使灯管中的水银蒸汽发出紫外光(这叫做气体发光),然后紫外光激发灯管管壁上的荧光粉,从而发出可见光。夜明像章之所以能在晚上闪闪发光,是因为像章上涂了一层所谓长余辉的发光材料。当日光或灯光中的短波光照射这种像章的时候,像章上的长余辉发光材料吸收了激发光的能量并储存起来,然后慢慢地发出光来,这种发光可以持续几个小时。 紫外线和红外线虽然看不见,但我们也把他们归结为光。因此,光致发光是指激发波长落在从紫外到近红外这个范围内的发光。 下面介绍光致发光的主要特征和一般规律。 一. 吸收光谱 当光照射到发光材料上时,一部分被反射、散射,一部分透射,剩下的被吸收。只有被吸收的这部分光才对发光起作用。但是也不是所有被吸收的光的各个波长都能起激发作用。研究哪些波长被吸收,吸收多少,显然是重要的。 发光材料对光的吸收,和一般物质一样,都遵循以下的规律,即:I(λ)=I0(λ)e-kλx 其中I0(λ)是波长为λ的光射到物质时的强度,I(λ)是光通过厚度x后的强度,k λ是不依赖光强、但随波长变化而变化的,称为吸收系数。k λ 随波长(或频率) 的变化,叫作吸收光谱。发光材料的吸收光谱,首先决定于基质,而激活剂和其他杂质也起一定的作用,它们可以产生吸收带或吸收线。 二.反射光谱 如果材料是一块单晶,经过适当的加工(如切割、抛光等),利用分光光度计并考虑到反射的损失,就可以测得吸收光谱。但是多数实用得发光材料都是粉末状,是由微小的晶粒组成的。这对精确测量吸收光谱造成很大的困难。在得不

发光材料综述

结构与物性结课作业 发 光 材 料 综 述 学院:物理与电子工程学院 专业:材料物理13-01 学号:541311020102 姓名:陈强

发光材料综述 摘要: 能够以某种方式吸收能量,将其转化成光辐射(非平衡辐射)物质叫做发光材料。发光是辐射能量以可见光的形式出现。辐射或任何其他形式的能量激发电子从价带进入导带,当其返回到价带时便发射出光子(能量为 1.8~3.1eV)。如果这些光子的波长在可见光范围内,那么,便产生了发光现象。 0引言 发光材料是国家重要战略能源,在人们的日常生活中也占据着重要地位,被广泛应用于各个领域,因此对发光材料的研制和运用受到越来越多的关注。 本文基于发光材料研究现状,分析发光材料种类和制备方式,并介绍几种不同发光材料在生活中的应用,以期推动我国发光材料研究探索,为国家建设和人们生活水平提高提供助力。发光材料是人类生活重要材料之一,在航天科技、海洋运输、医学医疗、出版印刷等各个领域被广泛应用,具有极为重要的战略地位。 随着科学技术的发展,发光材料研究已经成为了我国科学界广泛关注的焦点,其运用技术直接关系到人们日常生活质量和国防建设,因此如何推动发光材料研制,将其更加安全、合理、高效的应用于生产生活中,成为了亟待解决的问题。 1发光材料分类 发光材料按激发的方式可分为以下几类: 1.1光致发光材料 用紫外、可见及红外光激发发光材料而产生的发光称为光致发光,该发光材料称为光致发光材料。 光致发光过程分为三步:①吸收一个光子;②把激光能转移到荧光中心;③

由荧光中心发射辐射。 发光的滞后时间约为10-8s的称为荧光,衰减时间大于10-8s的称为磷光。 光致发光材料一般可分为荧光灯用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料。 按发光驰豫时间分类,光致发光材料分为荧光材料和磷光材料。 图1 1.2电致发光材料 所谓电致发光是在直流或交流电场作用下,依靠电流和电场的激发使材料发光的现象,又称场致发光。这种发光材料称为电致发光材料,或称场致发光材料。 1. 本征式场致发光 简单地说,本征式场致发光就是用电场直接激励电子,电场反向后电子与中心复合而发光的现象。 2. 注入式发光 注人式场致发光是由Ⅱ- Ⅳ族和Ⅲ - Ⅴ族化合物所制成的有 p - n 结的二极管,注人载流子,然后在正向电压下,电子和空穴分别由 n 区和 p 区注人到结区并相互复合而发光的现象。又称p-n结电致发光 目前大概可以有以下几种材料: 1.2.1直流电压激发下的粉末态发光材料 目前常用的直流电致发光材料有Zn S:Mn,Cu,其发光亮度大约为350 cd/m。

燃烧法制备SrAl2O4-Eu,Dy超长余辉发光材料实验报告

中南民族大学 实验报告 实验课名称:化学综合实验指导老师:唐万军 学生姓名:专业:班级:学号: 实验名称:燃烧法制备SrAl2O4:Eu,Dy超长余辉发光材料 实验日期:组别:实验成绩: 一、目的要求 1、了解稀土掺杂铝酸盐长余辉材料的合成方法与应用领域。 2、设计实验方案,采用燃烧法合成SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,测试其发光特性。 3、学会使用LS-55光度计和屏幕亮度计,根据X射线粉末衍射谱图,分析鉴定多晶样品的物相。 二、基本原理 长余辉发光材料也被称作蓄光材料,或者夜光材料,指的是在自然光或其它人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量,然后在某一温度下(指室温),缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。 20 世纪90 年代以来,开发的以碱土铝酸盐为基质的稀土长余辉发光材料, 以其优异的长余辉发光性能,引起了人们对长余辉发光材料的广泛关注。目前稀土离子掺杂的碱土铝(硅)酸盐长余辉材料已进入实用阶段。国内较大的生产厂家有大连路明、济南伦博、重庆上游等。市场上可见的产品除了初级的荧光粉外,主要有夜光标牌、夜光油漆、夜光塑料、夜光胶带、夜光陶瓷、夜光纤维等, 主要用于暗环境下的弱光指示照明和工艺美术品等。随着长余辉材料的形态从粉末扩展至玻璃、单晶、薄膜和玻璃陶瓷,对长余辉材料应用的探讨也从弱光照明、指示等扩展到信息存储、高能射线探测等领域。长余辉材料受到人们越来越多的重视。 从基质成分的角度划分,目前长余辉发光材料主要包括硫化物型、碱土铝酸盐型、硅酸盐型及其它基质型长余辉发光材料。不同长余辉发光材料的发光性能见表1。 表1 不同长余辉发光材料的发光性能 发光材料发光颜色发光谱峰波长/nm 余辉时间/min BaAl2O4:Eu,Dy 蓝绿色496 120 CaAl2O4:Eu,Nd 蓝紫色446 1000 Sr4Al14O25:Eu,Dy 蓝绿色490 2000 SrAl2O4:Eu,Dy 黄绿色520 4000 Sr2MgSi2O7:Eu,Dy 蓝色469 2000

长余辉发光材料的紫外-可见反射光谱测定

长余辉发光材料的紫外-可见反射光谱测定 摘要:用“湿法”制备了长余辉发光材料,原料通过水溶液液相分子水平上的均匀混合,利用金属硝酸盐和有机还原剂在较低的温度下发生氧化还原燃烧反应,一步快速生成产品。加热起燃温度低至500℃,反应时间短,所制得的产品成份均匀,晶粒小,外观呈蓬松状态,易研磨粉碎,粉体表观密度小。以紫外-可见分光光度计测定分析了所制备样品在蓄光前后的反射光谱特征并作了探讨。结果表明,除表观密度外,“湿法”与“干法”制备的长余辉发光材料的主要性质相同,紫外-可见反射光谱可以准确描述长余辉发光材料的紫外-可见光谱性能特征。 主题词:长余辉发光材料;紫外-可见反射光谱;蓄光 1 实验 1.1长余辉发光材料的“湿法”制备 实验设备和用品:马弗炉,坩埚。 原料或试剂:SrCO3(A R),Al2(NO3)3(A R),Eu2O3(4N), Dy2O3(4N),助剂ZY2,HNO3(A R),尿素(A R)。 将原料或试剂按配方比例称量后溶于硝酸中制成溶液,均匀混合,然后置于500 ~ 900℃的马弗炉中,数分钟后即可看到混合物发生自氧化还原燃烧反应,得到蓬松状态的产品,稍加研磨即得粉状样品。 1.2紫外-可见反射光谱的测定 1.2.1 原理及光路图 紫外-可见反射光谱的测定是使用紫外-可见分光光度计所附带的积分球附件进行。积分球内表面涂有高反射率的BaSO4涂层,标准反射白板也用BaSO4粉末压制,光线入射角为8o(可设为接近0o),检测器位于积分球底部。图1 是双光束积分球附件光路图。 1.2.2 仪器型号 Shimadzu UV-2100 型双光束紫外-可见分光光度计,附反射附件积分球,可测量范围240 ~ 800nm。标准白板(反射体)为BaSO4 (A R)粉末压制。 1.2.3 测定 紫外-可见反射光谱的测定样品呈平整片状或块状即可,对粉末状态样品,可直接将粉末压附在样品架上进行测定。本文用该法测定所制备的发光粉样品的

长余辉发光材料简述

长余辉发光材料在陶瓷中的应用 王少艳 河北理工大学研究生学院,河北唐山063009 摘要:本文介绍了长余辉发光材料以及这种材料在陶瓷工艺中的应用。 关键字:长余辉,陶瓷,ZnS The applications in ceramics process of the long after glow phosphorescence material W ANG Shao-yan (Graduate School , Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009,China) Abstract:The paper introduces the long after glow phosphorescence material and its applications in ceramics process. Key words:long after glow,ceramics,ZnS. 0 引言 如何定义发光物质呢?适当的材料吸收高能辐射,接着就发出光,其发射的光子的能量比激发辐射的能量低。具有这种发光行为的物质就称为发光物质。[1]按照不同的激发方式可以分为光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、化学发光材料等等。本文涉及的是属于光致发光材料的长余辉发光材料,俗称夜明材料。 1866年法国的Sidot首先完成了ZnS:Cu的制备,最早开展了这一系列长余辉发光材料的研究工作。直至20世纪初长余辉发光材料真正的实现了工业化生产,也是从那时起,始终是ZnS系列产品占据着长余辉发光材料行业的主导地位。到了20世纪90年代,人们开始发现和关注具有良好发光性能和独特长余辉特性的稀土离子掺杂的长余辉材料,迎来了日趋成熟的超长余辉材料的研究与应用的全新时代。近年来,稀土离子掺杂的长余辉材料已经广泛应用于隐蔽照明和紧急照明设施、航空、航海和汽车等仪表显示盘等领域,也有人把稀土离子掺杂的长余辉材料应用于陶瓷制备工艺。 1发光材料的发光与长余辉机理

固体发光讲义 - 第一章 发光概论

第一章 概论 1-1 发光现象 “发光”即Luminescence 一词作为一个技术名词,是专指一种特殊的光发射现象,它与热辐射有根本的区别。温度在绝对零度以上的任何物体都有热辐射。不过温度不够高时辐射的波长大多在红外区,人眼看不见。物体的温度达到5000C 以上时,辐射的可见部分就够强了,例如烧红了的铁,电灯泡中的灯丝等等。发光则是叠加在热辐射之上的一种光发射。发光材料能够发出明亮的光,(例如日光灯内荧光粉的发光),而它的温度却比室温高不了多少。因此发光有时也被称为“冷光”.热辐射是一种平衡辐射。它基本上只与温度有关而与物质的种类无关。发光则是一种非平衡辐射,反映着发光物质的特徵。 但是发光又有别于其它的非平衡辐射如反射,散射等。根据俄罗斯学派的意见,发光有一个比较长的延续时间(Duration),这就是在激发(Excitation )即外界作用停止后发光不是马上消失而是逐渐变弱,这个过程也称为余辉(afterglow )。这个延续时间长的可达几十小时,短的也有10?sec 左右,总之都比反射、散射的持续时间长很多。一般认为,反射和散射的持 续时间和光的振动周期差不多,约为10 10?14sec.。不过,10?10sec 这个数量的确定在当时可以说是有点任意性,是根据当时技术测量上的极限。随着技术的发展,现在能够测量的时间,已经突破一个飞秒(fs =10 -15秒)。而测到的发光弛豫时间短到皮秒(ps =10-12秒)的例子已不在 少数。 过去,常把在激发时的发光叫做荧光(Fluorescence),而把激发停止后的发光叫做磷光(Phosphorescence)。现在在无机物发光的领域对这两个词仍没有严格的区分,甚至还有些混淆,例如将发光粉叫做荧光粉。但在有机物的发光中,分子从单态(singlet )跃迁到基态(也是单态)的发光叫荧光,从三重态(triplet state )跃迁到基态的发光叫磷光,这是不容混淆的。 1-2 激发方式 光致发光(Photoluminescence),简写为 PL 。这是用光激发产生的发光。它的最广泛而又重要的两种应用是固体激光器和日光灯,也就是作为光源。九十年代初,日本和我国分别独立研制成一种新的长余辉发光材料,SrAl O Eu Dy 24:,(后面的符号代表掺杂的元素)余辉可以长达几十小时。在白昼光的作用下,整夜都能很容易地看得见。而过去几十年,普遍使用的长余辉材料则都是ZnS:Cu 型或碱土金属硫化物之类的物质。因此上述铝酸盐的长余辉发光材料的研制成功可以说是重大的突破。 在物理上,使用紫外直至红外这一宽广光频范围内的各种波长来激发,可以研究物质的结构和它接受光能量后内部发生的各种变化过程,包括固体中的杂质和缺陷以及它们的结构、能量状态的变化,激发能量的转移和传递,以至化学反应中的激发态过程,光生物过程,等等。如果激发光是相干的,即激光,则还能够研究物质的微区中有关基元受激发后的相位变化等。总之,发光的应用是极其广泛的,并且在不断地发展。 阴极射线发光(Cathodoluminescence),简写为CL 。这是电子束激发的发光。最常见的应

燃烧法合成长余辉发光材料 (3)

化学化工学院材料化学专业实验报告A 实验名称:燃烧法合成长余辉发光材料 年级:2012级材料化学日期:2014/10/09 姓名:学号:同组人: 一、预习部分A 金属硫化物体系长余辉发光材料 金属硫化物体系是第一代长余辉发光材料, 它们的显著特点是发光颜色多样, 可覆盖从蓝色到红色的发光区域, 但是化学性质不稳定, 发光强度低, 余辉时间短。 铝酸盐体系长余辉发光材料 铝酸盐体系长余辉发光材料的突出特点是: 1.余辉性能超群, 化学稳定性好。 2.光稳定性好。 3.缺点是遇水不稳定、发光颜色不丰富。 硅酸盐体系长余辉发光材料 系列硅酸盐长余辉发光材料的特点如下: 1.化学稳定性好, 耐水性强, 用 5% 的 NaOH溶液浸泡, 室温下铝酸盐长余辉发光材料在 2~ 3小时之后就不发光, 而 SB 可在 20 天之内保持发光性能不变。 2.在某些行业如陶瓷行业应用好于铝酸盐长余辉发光材料。 3.发光颜色多样, 与铝酸盐长余辉发光材料互补。 高温固相合成法

对于长余辉发光材料的制备, 一般采用高温固相合成法, 该方法是将达到要求纯度、粒度的原料按一定比例称量, 并加入适量的助熔剂充分混合研磨, 然后在一定的温度、气氛、加热时间等条件下进行灼烧, 灼烧的最佳温度、时间是由具体实验确定; 灼烧的气氛由具体材料确定, 一般的长余辉材料是在还原性气氛下进行的。另外, 一些材料灼烧之后, 还需经洗粉、筛选等工艺才可得到所需的长余辉材料。 溶胶-凝胶( Sol-gel)法 溶胶-凝胶( Sol-gel) 法是应用前景非常广泛的合成方法, 它主要优点在于在较低的温度下合成产品, 且产品均匀性好、粒径小, 是一种有效的软化学合成法。目前此法已成功地合成了铕激活的铝酸锶蓄光材料。水热合成法该法是以液态水或气态水作为传递压力的介质, 利用在高压下绝大多数的反应物均能部分溶于水而使反应在液相或气相中进行。该法也合成了铝酸锶铕。 燃烧法 该法是针对高温固相法制备中的材料粒径较大, 经球磨后晶形遭受破坏, 而使发光亮度大幅度下降的缺点而提出的。1990 年印度学者首次报道了用该法合成的长余辉发光材料。 除上述几种方法外, 还有共沉淀法、高分子网络凝胶法、微波辐射法等。在众多的合成方法中高温固相合成法在工业化生产中具有不可替代的地位。 二、实验部分 (一)试验目的: 1.学会用燃烧法快速合成长余辉材料。 2.了解长余辉材料及其长余辉原理。 3.学会用燃烧法快速合成无机氧化物及纳米材料的基本方法。 (二)实验原理: 燃烧法也称自蔓延高温合成法。是一种高放热的化学体系经外部能量诱发局部化学点燃,形成其前沿燃烧波,使化学反应持续蔓延,直至整个体系反应。 本实验是通过利用金属硝酸盐和有机染料的混合体系,通过溶解于熔剂而形成溶液获得均匀混合之后,高温燃烧合成铝酸盐,金属硝酸盐在高温时发生沸腾、浓缩、冒烟、起火之后迅速燃烧,火焰以燃烧波的形式自我维持蔓延,最重得到泡沫状的粉体。 2Al(NO3)3 + Sr(NO3)2 +20/3CO(NH2)2 + 10O2 SrAl2O4 + 40/3H2O +32/3N2 + 20/3CO2

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