光至發(fā)光材料的研究進(jìn)展(精)

1、光至發(fā)光材料的研究進(jìn)展關(guān)鍵字 光至發(fā)光 材料 熒光 反光Keywordphotoluminescence materialfluorescence listen摘要；綜述了光致發(fā)光材料的大致研究進(jìn)展，闡述了光致發(fā)光材料的發(fā)光原理，常見(jiàn)的發(fā) 光材料，并對(duì)未來(lái)光致發(fā)光材料發(fā)展趨勢(shì)作了展望。AbstractIt is summarize the investigation of photoluminescence material. And tell us about the theory of photoluminescence material.And familiar photolumines

2、cencematerial. Future development aspects of researches and applications about the material are proposed、，-、.前言 在各種類(lèi)型激發(fā)作用下能產(chǎn)生光發(fā)射的材料。主要由基質(zhì)和激活劑組成，此外 還添加一些助溶劑、共激活劑和敏化劑。發(fā)光材料分永久性發(fā)光材料(放射性輻射激發(fā)) 和外加能量激發(fā)而發(fā)光如光激發(fā)、電場(chǎng)激發(fā)、陰極射線激發(fā)、 X 射線激發(fā)等的材料。光致發(fā)光材料又稱(chēng)超余輝的蓄光材料。它是一種性能優(yōu)良，無(wú)需任何電源就能自行發(fā)光的 材料。1 發(fā)展歷史光致發(fā)光材料的研究歷史非常悠久。最早可追溯到186

3、6年法國(guó)人Sidot制備的ZnS :Cu上它是第一 個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用意義的長(zhǎng)余輝蓄光材料。20世紀(jì)初,Lenard制備出了 ZnS :M (M = Cu ,Ag ,Bi ,Mg等)發(fā) 光材料,并研究了熒光衰減曲線,提出了“中心論”。但該類(lèi)發(fā)光材料由于發(fā)光亮度不高,壽命短等缺點(diǎn),人們往其 中引入了放射性物質(zhì),雖然能解決以上問(wèn)題,但又會(huì)危害人體安全、損害環(huán)境,因而人們將目光又投向了其他 基質(zhì)的發(fā)光材料領(lǐng)域。1934年,Haberla ndt在研究天然CaF2結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)，痕量Eu2+占據(jù)礦石中Ca2+的 位置時(shí)，引起礦石發(fā)出藍(lán)光。1964年Y2O3 : Eu , Y2O2S : Eu3發(fā)光材料的研制發(fā)

4、明使彩色電視機(jī)得到迅 速的推廣。 20 世紀(jì)80年代,石春山等對(duì)復(fù)合氟化物中的光譜特性進(jìn)行研究,得出 Eu2+ 的 f - f 躍遷出現(xiàn)的 若干判據(jù),推進(jìn)了我國(guó)發(fā)光材料的發(fā)展。 20 世紀(jì)80 年代以后,一些制備發(fā)光材料的新工藝及一系列超長(zhǎng)余 輝發(fā)光材料的研究成功,為發(fā)光材料的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的領(lǐng)域。2 發(fā)光機(jī)理2.1.反光與發(fā)光的區(qū)別在生活中人眼睛能看看到的發(fā)光的材料分成兩大類(lèi)。1. 反光材料這種材料可以將照在其表面上的光迅速地反射回來(lái)。材料不同，反射的光的波長(zhǎng)范圍也就不同。反 射光的顏色取決于材料吸收何種波長(zhǎng)的光并反射何種波長(zhǎng)的光，因此必須要有光照在材料表面，材料表面才能反射光，如各種執(zhí)照牌

5、、交通標(biāo)志牌等。光致發(fā)光材料是向外發(fā)光，而不是反射光。2. 熒光材料 吸收一定波長(zhǎng)的光，立刻向外發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，稱(chēng)為熒光，當(dāng)入射光消失時(shí)，熒光材料就會(huì)立刻停止發(fā)光。更確切地講， 熒光是指在外界光照下，人眼見(jiàn)到的一些相當(dāng)亮的顏色光，如綠色、橘黃色、黃色， 人們也常稱(chēng)它們?yōu)槟藓绻狻?所以反光材料和發(fā)光材料有很大的不同，發(fā)光機(jī)理不一樣：光致發(fā)光材料是向外發(fā)光，而不是反射光。2.2發(fā)光分類(lèi)發(fā)光材料又稱(chēng)發(fā)光體，是一種能夠把從外界吸收的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為非平衡光輻（紅光、紅外輻射）。 如果物體在回復(fù)到平衡 因此發(fā)光是一種疊加在射的功能材料。光輻射有平衡輻射和非平衡輻射兩大類(lèi)，即熱輻射和發(fā)光。任何物體只

6、要具有一定的溫度，則該物體必定具有與此溫度下處于熱平衡狀態(tài)的輻射 非平衡輻射是指在某種外界作用的激發(fā)下，體系偏離原來(lái)的平衡態(tài)，態(tài)的過(guò)程中，其多余的能量以光輻射的形式釋放出來(lái)，則稱(chēng)為發(fā)光。熱輻射背景上的非平衡輻射，其持續(xù)時(shí)間要超過(guò)光的振動(dòng)周期。2.3光致發(fā)光材料的長(zhǎng)余輝發(fā)光原理 眾所周知固體發(fā)光有兩個(gè)基本特征發(fā)光還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，稱(chēng)為余輝。這是固體發(fā)（1）任何物體在一定溫度下都具有平衡熱輻射，而發(fā)光是指吸收外來(lái)能量后，發(fā)出的總輻 射中超出平衡熱輻射的部分。（2）當(dāng)外界激發(fā)源對(duì)材料的作用停止后，在構(gòu)成感光材料的同時(shí)分子已經(jīng)存在的慣性，而是光的能量把感光材料的分子結(jié)構(gòu)改變了，光繼續(xù)照射分子的結(jié)構(gòu)繼續(xù)

7、改變直到它最大限度的改變，當(dāng)沒(méi)有光照的時(shí)候，也就是沒(méi)有外界的能量能是它的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)發(fā)生改變，由于慣性的作用分子間的結(jié)構(gòu)要恢復(fù)原狀，恢復(fù)的時(shí)候要產(chǎn)生能量，這就是發(fā)光的過(guò)成， 這種光也稱(chēng)為余輝。 所以光致發(fā)光材料又稱(chēng)超余輝的蓄 光材料。它是一種性能優(yōu)良， 無(wú)需任何電源就能自行發(fā)光的材料。長(zhǎng)余輝光致發(fā)光材料是吸收光能后進(jìn)行蓄光后而后發(fā)光的物質(zhì)。光與其他光發(fā)射現(xiàn)象的根本區(qū)別 熒光材料是一些感光的特殊的感光分子組成， 當(dāng)光照射的時(shí)候他不是我們長(zhǎng)說(shuō)的吸光，3.光至發(fā)光材料的大致分類(lèi) 3.1無(wú)機(jī)發(fā)光材料無(wú)機(jī)熒光材料的代表為稀土離子發(fā)光及稀土熒光材料，其優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率 高，稀土配合物中心離子的窄帶

8、發(fā)射有利于全色顯示，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由于稀土離子具有豐富的能級(jí)和4f電子躍遷特性，使稀土成為發(fā)光寶庫(kù)，為高科技領(lǐng)域特別是信息通訊領(lǐng)域提供了性能優(yōu)越的發(fā)光材料。目前，常見(jiàn)的無(wú)機(jī)熒光材料是以堿土金屬的硫化物（如ZnS、CaS ）鋁酸鹽（SrAI2O4, CaAI2O4, BaAI2O4 ）等作為發(fā)光基質(zhì)，以稀土鑭系元素銪（Eu）、釤（Sm）、鉺（Er）、釹（Nd）等作為激活劑和助激活劑。無(wú)機(jī)熒光體的傳統(tǒng)制備方法是高溫固相法，但隨著新技術(shù)的快速更新，發(fā)光材料 性能指標(biāo)的提高需要克服經(jīng)典合成方法所固有的缺陷，一些新的方法應(yīng)運(yùn)而生，如燃 燒法、溶膠一凝膠法、水熱沉淀法、微波法等。3.2有機(jī)發(fā)光材料在

9、發(fā)光領(lǐng)域中，有機(jī)材料的研究日益受到人們的重視。因?yàn)橛袡C(jī)化合物的種類(lèi)繁多， 可調(diào)性好，色彩豐富，色純度高，分子設(shè)計(jì)相對(duì)比較靈活。根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu)，有機(jī)發(fā)光材料可分為：（1）有機(jī)小分子發(fā)光材料；（2）有機(jī)高分子發(fā)光材料；（3）有機(jī)配合物發(fā)光材料。這些發(fā)光材料無(wú)論在發(fā)光機(jī)理、物理化學(xué)性能上，還是在應(yīng)用上都 有各自的特點(diǎn)。有機(jī)小分子發(fā)光材料種類(lèi)繁多，它們多帶有共軛雜環(huán)及各種生色團(tuán)，結(jié)構(gòu)易于調(diào) 整，通過(guò)引入烯鍵、苯環(huán)等不飽和基團(tuán)及各種生色團(tuán)來(lái)改變其共軛長(zhǎng)度，從而使化合 物光電性質(zhì)發(fā)生變化。如惡二唑及其衍生物類(lèi)，三唑及其衍生物類(lèi)，羅丹明及其衍生 物類(lèi)，香豆素類(lèi)衍生物， 1,8- 萘酰亞胺類(lèi)衍生物，吡唑啉

10、衍生物，三苯胺類(lèi)衍生物， 卟啉類(lèi)化合物，咔唑、吡嗪、噻唑類(lèi)衍生物，苝類(lèi)衍生物等。它們廣泛應(yīng)用于光學(xué)電 子器件、 DNA 診斷、光化學(xué)傳感器、染料、熒光增白劑、熒光涂料、激光染料 7 、 有機(jī)電致發(fā)光器件 (ELD) 等方面。 但是小分子發(fā)光材料在固態(tài)下易發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象， 一般摻雜方法制成的器件又容易聚集結(jié)晶，器件壽命下降。因此眾多的科研工作者一 方面致力于小分子的研究，另一方面尋找性能更好的發(fā)光材料，高分子發(fā)光材料就應(yīng) 運(yùn)而生了。有機(jī)高分子光學(xué)材料通常分為三類(lèi)： (1) 側(cè)鏈型：小分子發(fā)光基團(tuán)掛接在高分子 側(cè)鏈上， (2) 全共軛主鏈型：整個(gè)分子均為一個(gè)大的共軛高分子體系， (3) 部分共軛

11、 主鏈型：發(fā)光中心在主鏈上，但發(fā)光中心之間相互隔開(kāi)沒(méi)有形成一個(gè)共軛體系。目前 所研究的高分子發(fā)光材料主要是共軛聚合物，如聚苯、聚噻吩、聚芴、聚三苯基胺及 其衍生物等。還有聚三苯基胺，聚咔唑，聚吡咯，聚卟啉 8 及其衍生物、共聚物等， 目前研究得也比較多。還可以把發(fā)光基團(tuán)引入聚合物末端或引入聚合物鏈中間， Kenneth P. Ghiggino 等把熒光發(fā)色團(tuán)引入 RAFT 試劑，通過(guò) RAFT 聚合，把熒光發(fā)色團(tuán)連在聚合物上。 從以上的各種發(fā)光聚合物中可以看出，多數(shù)是主鏈共軛的聚合，主鏈聚合易形成大的 共軛面積，但是其溶解性、熔融性都降低，加工起來(lái)比較困難；而把發(fā)光基團(tuán)引入聚 合物末端或引入聚

12、合物鏈中間時(shí)， 又只有端基發(fā)光， 分子量不會(huì)很大， 若分子量很大， 則發(fā)光基團(tuán)在聚合物中含量低，熒光很弱。而側(cè)鏈聚合物發(fā)光材料，是對(duì)主鏈共軛聚 合物的有力補(bǔ)充。3.3 其他一些光致發(fā)光材料 自發(fā)光體 這種材料經(jīng)常被當(dāng)作光致發(fā)光物體。自發(fā)光物體在黑暗中可發(fā)光，但事 先不需要暴露在日光下。 這些材料通常作為表盤(pán)上的發(fā)光標(biāo)記以及用于長(zhǎng)期發(fā)光的物 體的制作，它們含有放射性元素。磷光物體 由于含有磷元素而發(fā)光，這種材料也經(jīng)常被當(dāng)成光致發(fā)光材料。4. 光致發(fā)光材料的應(yīng)用光致發(fā)光粉是制作發(fā)光油墨、發(fā)光涂料、發(fā)光塑料、發(fā)光印花漿的理想材料。發(fā)光 油墨不但適用于網(wǎng)印各種發(fā)光效果的圖案文字，如標(biāo)牌、玩具、字畫(huà)、玻

13、璃畫(huà)、不干 膠等，而且因其具有透明度高、成膜性好、涂層薄等特點(diǎn)，可在各類(lèi)浮雕、圓雕(佛 像、瓷像、石膏像、唐三彩)、高分子畫(huà)、燈飾等工藝品上噴涂或網(wǎng)印，在不影響其 原有的飾彩或線條的前提下大大提高其附加值。發(fā)光油墨的顏色有：透明、紅、藍(lán)、 綠、黃等。光致發(fā)光材料在安全方面上的應(yīng)用是其最為普遍的。在安全方面，光致發(fā)光材 料可用作安全出口指示標(biāo)記、撤離標(biāo)記等。在用作這些標(biāo)記時(shí)，光致發(fā)光材料一定要 經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，確保它們符合安全標(biāo)準(zhǔn)。光致發(fā)光材料應(yīng)用在安全方面與裝飾品或其它小物品上不同，要求發(fā)光材料保持最亮的光照度和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的照明。 隨著光致發(fā)光材料的研究，新的光致發(fā)光材料的出現(xiàn)，光致發(fā)光材料的應(yīng)用前景也 會(huì)越來(lái)越廣泛。將應(yīng)用到生活的方方面面。.SCIENCE &參考文獻(xiàn)1 高曉明、邱克輝、趙改青、傅茂媛等. 光致發(fā)光材料的研究與進(jìn)展TECHNOLO GY P