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稀土百科 | 稀土发光材料的主要类型 中国稀金谷大数据
2022-04-11
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发光材料的发光方式是多种多样的，主要类型有：光致发光、阴极射线发光、电致发光、辐射发光等。

光致发光


光致发光是指用紫外线、可见光或红外线激发发光材料而产生的发光现象。它大致经历吸收、能量传递和光发射三个主要阶段。

光的吸收和发射都是发生在能级之间的跃迁，都经过激发态，而能量传递则是由于激发态的运动。激发光的能量可直接被发光中心（激活剂或杂质）吸收，也可被发光材料的基质（如CaWO4）吸收。在第一种情况下，发光中心吸收能量向较高能级跃迁，随后跃迁回到较低能级或基态能级而产生发光。对于这些激发态能谱项性质的研究，涉及到杂质中心与晶格的相互作用，可以用晶体场理论进行分析。

随着晶体场作用的加强，吸收谱及发射谱都由宽变窄，温度效应也由弱变强，使得一部分激发能变为晶格振动。在第二种情况下，基质吸收光能，在基质中形成电子-空穴对，它们可能在晶体中运动，被束缚在各个发光中心上，发光是由于电子与空穴的复合而引起的。当发光中心离子处于基质的能带中时，会形成一个局域能级，处在基质导带和价带之间，即位于基质的禁带中。不同的基质结构，发光中心离子在禁带中形成的局域能级的位置不同，从而在光激发下，会产生不同的跃迁，导致不同的发光色。

光致发光材料分为荧光灯用发光材料、PDP用发光材料、长余辉发光材料和上转换发光材料，在后面的章节中将分别详细介绍。

阴极射线发光


阴极射线发光材料是用电子束激发而发光的物质。电子射入发光材料的晶格，由于一系列的非弹性碰撞而形成二次电子，其中一部分由于二次发射而损失掉，而大部分电子激发发光中心，以辐射或无辐射跃迁形式释放出所吸收的能量，这些跃迁间的比例决定了发光的效率。电子束的能量一般为几千到几万电子伏，而紫外线的能量只有5～6eV。

因此，有些材料并不是光致发光材料，无法被紫外线激发，但却有可能是阴极射线发光材料。由于其发光光能量非常大，这类发光材料一般用于电子束管用荧光粉，其产量仅次于灯用荧光粉。

电致发光


电致光是由电场直接作用在物质上所产生的发光现象，电能转变为光能，且无热辐射产生，是一种主动发光型冷光源。固体的电致光现象是苏联科学家在1927年研究碳化硅晶体检波器时发现并做出初步理论解释的。

电致发光器件可分为两类：注入式发光和本征型发光。半导体发光二极管是目前研究最多和应用最广的一种注入式发光，它是由电子-空穴对在p-n结附近复合而产生的发光现象；而本征型发光是通过高能电子碰撞激发发光中心所产生的发光现象，电子的能量来自数量级为108V／m的高电场，因此这种发光现象称为高场电致发光。

辐照发光


辐照发光是指高能光子（如X射线和γ射线）和粒子（如α粒子、β粒子、质子、中子）辐照发光材料，与其中的原子、分子碰撞，使之发生电离，电离出的电子有很大的动能，可继续引起其他原子的激发和电离，产生二次电子，通过电子空穴复合或激子的迁移，把激发能传递给激活剂而发光。

其中X射线激发作用在发光材料上的光子能量非常大，其激发概率随发光物质对X射线吸收系数的增大而提高，这个系数随原子序数的增大而增大，因此，X射线发光材料最宜采用含有重元素例如Cd、Ba、W等的化合物。

发光材料的化学成分可用MR：A表示，MR为发光材料的基质（matrix），A为激活剂（activator）。例如，Y2O3：Eu3＋表示，Eu3＋ 掺杂的Y2O3发光材料，其中Eu3＋ 为激活剂，即发光中心，承担绝大部分的发射光子的任务；掺杂离子也可以是两种或两种以上，Y2SiO5：Ce3＋，Tb3＋中Y2SiO5为硅酸盐基质材料，Tb3＋为激活剂，而Ce3＋一般为敏化剂或共激活剂。敏化剂是对激活剂发光起到增强发光性能的掺杂离子。

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