徐艺嘉

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

浅谈蓄光型发光材料

徐艺嘉

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074）

发光材料作为一种基础材料有着广泛的应用，本文系统介绍了其发展历程，简述了目前市场上常见的几种发光材料，硫化物体系蓄光型、铝酸盐体系蓄光型、硅酸盐体系蓄光型，对第三代稀土类蓄光型发光材料的组成及发光机理进行重点介绍，阐述了它的应用及现状以及笔者对第三代发光材料的展望。

发光材料；稀土类蓄光型；应用

0 引言

发光材料一经发现就引起了人们极大的研究兴趣，最早的发光材料可以追溯到居里夫人发现镭元素时，经过人们对第一代以硫化锌为代表的发光材料的研究，第二代对稀土离子发光的发光材料的研究之后，第三代对稀土元素激活的碱土铝酸盐、硅酸盐发光材料的研究已引起了业界的极大重视。本文简述了第一、第二代发光材料，着重介绍了第三代稀土类发光材料。

1 发光材料

发光材料，就是在受到外界激发后能够自行发光的材料。发光现象是由稀土金属的化合物和半导体材料的粉末、单晶、薄膜或非晶体等形态在受到射线、高能粒子、电子束、外电场等的激发后产生的。被激发的能量会以光或热的形式释放出来。通常将发光材料分为两种：自发光型和蓄光型。所谓自发光型材料，就是依靠材料自身的放射性物质，任意试件都可发光。蓄光型材料很少含有放射性物质，但需要吸收且储存足够的外部光能才能实现持续发光。荧光剂就是一种蓄光型发光材料，它吸收并储存来自外界的自然光、紫外光等照射的光能，在光照停止后将所储存的光能缓慢的以可见光的形式释放出来，发光的过程能够持续几小时甚至十几小时。

2 蓄光型发光材料

2.1 硫化物体系蓄光型发光材料

硫化物体系蓄光型发光材料主要包括过渡金属的硫化物ZnS、CdS和碱土金属的硫化物MgS、CaS[1-3]。早在1866年，发绿光的ZnS由法国研究者率先制备出来，之后又经过一系列深度的研究，多种硫化物体系长余辉材料相继研发出来。硫化物体系材料就是通常所说的第一代长余辉发光材料，虽然投入到应用领域的时间最长，却存在着化学性质不稳定、易潮解、亮度低、余辉时间短等的缺点。

2.2 铝酸盐体系蓄光型发光材料

其主要有发蓝紫色光的CaAlO4∶EU,Nb，发蓝绿色光的SrAl14O25∶Eu,Dy，黄绿色的SrAl2O4∶Eu,Dy等多种稀土离子共掺杂碱土[4-5]。铝酸盐长余辉发光材料性能优于第一代的硫化物体系蓄光型发光材料，有着发光效率高、光稳定性好的优点[6]，但它也存在着合成温度高、遇水不稳定、发光颜色不丰富、生产成本高等缺点。稀土元素环保可靠、不具备放射性、无毒无害，因此这种类型的发光材料在交通、建筑潢等众多领域被广泛应用。

2.3 硅酸盐体系蓄光型发光材料

目前这类材料中，以铕、镝激活的发蓝光的Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+性能最佳，尤其是在发光亮度以及余辉时间上，以铕、镝激活的发光材料要明显优于铕、钕激活的铝酸盐体系发光材料[7]。良好的化学稳定性和热稳定性，以及发光颜色多样都是硅酸盐体系类蓄光型发光材料明显优势。因此，一直以来人们都十分重视对它的研究。虽然有着以上种种优点，且其原料二氧化硅廉价、易得，烧制温度也明显低于铝酸盐体系蓄光型发光材料，但总体来说，硅酸盐体系材料的发光性能不及铝酸盐体系材料的发光性能，还有待进一步的研究。

3 发光机理

蓄光型发光材料在合成的过程中，会在所形成晶体的晶格中产生缺陷，经过光照吸收能量，后才会产生发光功能。产生的缺陷分为结构缺陷和杂质缺陷两种类型。结构缺陷（晶格缺陷），就是晶格点间产生了空位和离子，这种由材料结构缺陷而产生的发光现象称为自激活发光。而杂质缺陷则是在制备发光材料的过程中，某种元素与基质材料在高温条件下融合，改变了晶格的形状而形成，并产生缺陷能级。我们实际应用中的各种蓄光型发光材料的发光大多是由于杂质缺陷引发的，这部分发光材料也被称为激活型发光材料。余辉时间的长短与杂质能级的电子数量和吸收能力能量的多少成正比，电子越多、吸收能量越多，电子就更容易克服缺陷能级与激发态能级之间的能级间隔从而产生更持续的发光现象。

4 现状及应用

稀土元素激活的碱土铝酸盐、硅酸盐发光材料具有的无放射性，高效环保等优点，发光持续时间长、优良的耐久性、稳定性等特点，使得此类发光材料早已被应用于建筑、交通等诸多领域。我国对发光材料的研究起步较晚，但从上世纪开始研究以来，历经80年代清华大学、纺织科学研究所，90年代大连路明公司以及近几年北京上海等企业对发光材料的深入研究，目前我国对发光材料的研制已经处于世界先进水平。多种由发光材料生产单位提供的二级自发光材料[9-13]为加工企业带来更多应用的可能性。

5 总结及展望

全球80%的稀土资源在我国境内，这一得天独厚的优势将带动我国对稀土资源的有效合理利用。目前我国在稀土功能材料的开发、应用技术、深加工领域仍落后于世界水平，但在浓厚的科研氛围、良好的产业基础，充裕的原材料保证下，我国发光材料的发展必将进入一个崭新的时代。

[1]夫里德曼CA等著, 许少红等译. 永久和短时发光材料[M]. 北京∶ 北京科学出版社, 1959. 21

[2]卡赞金OH等著. 丁清秀等译. 无机发光材料[M]. 北京∶ 北京化学工业出版社. 1980. 131

[3]中国科学院吉林物理所, 中国科学技术大学《固体发光》编写组. 固体发光[M]. 1976

[4]苑金生. 蓄光型自发光材料与发光陶瓷[J]. 陶瓷. 2007. 8∶ 54-56

[5]孙继兵, 王海容, 安雅琴, 等. 长余辉发光材料研究进展[J]. 稀有金属材料与工程. 2002. 23(5)∶ 497-502

[6]罗昔贤, 于晶杰, 林广旭, 等. 长余辉发光材料研究进展[J]. 发光学报. 2002. 23（5）∶ 497-502

[7] Xiao Zhiguo.《New Photoluminesscence Material and Coating》for Expert Committee Appraising.Dalian.Dalian Municipal Science & Techonology Commission,1993

[8]李卫珍, 吴鸣, 徐燃霞, 等. 稀土铝酸锶夜光材料的制备工艺. 江南大学学报∶ 自然科学版, 2009, 8（3）∶ 340-344

[9] 肖志国, 熊楚耀, 姚增硕, 等. 发光合成纤维[P]. 中国专利申请号∶ 00 118 450

[10] 肖志国. 发光材料的制造工艺和含有发光材料的发光涂料制法[P]. 中国专利∶ ZL92 106 247

[11] 日本内外陶瓷公司. 日本公开专利[P]. 特开JP10 111 371（1998）

[12] 肖志国, 罗昔贤, 夏威. 发光釉料[P]. 中国专利申请编号∶ 99 123 083

[13]Ymazaki Masaaki.Oxide phosphorescent glass capable of exhibiting a long lasting afterglow and photo stimulated luminescence[P].USP6 123 872

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1007-6344（2017）01-0258-01