稀土百科 | 长余辉发光材料

 长余辉发光材料简称长余辉材料，又称夜光材料。它是一类吸收太阳光或人工光源所产生的光发出可见光，而且在激发停止后可继续发光的物质。具有利用日光或灯光储光，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，但能把吸收然光等储存起来，在较暗的环境中呈现出明亮可辨的可见光，具有照明功能，可以起到指示照明和装饰照明的作用，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。

长余辉材料是研究和应用最早的发光材料，有关它的研究已有140多年的历史。常用的传统长余辉材料主要是硫化锌和硫化钙荧光体。稀土掺杂的长余辉发光材料主要有几个大体系。

（1）稀土激活的硫化物长余辉发光材料 Sidot在1866年首先制备出了ZnS长余辉发光光材料，但其中并不含有稀土离子，原因是稀土离子与基质硫化物价态不同及化学性质的巨大差异，使得稀土离子很难以较高浓度掺入。随着研究的不断进展，稀土硫化物长余辉发光材料已逐渐成为一种众所周知的长余辉材料，目前已实用的稀土硫化物长余辉发光材料有CaS:Eu或CaS:Eu，Tm。这类发光材料的亮度和余辉时间为传统硫化物材料的几倍，但是由于稀土硫化物长余辉材料较稀土铝酸盐仍然有发光亮度低，余辉时间短以及化学性质不稳定等缺点，所以限制了其使用范围。

稀土硫化物长余辉材料的研究主要集中于碱土金属硫化物体系，主要以Eu2＋作为激活剂，或添加 Dy3+ Er3+等稀土离子作为辅助激活剂，例如红色长余辉CaS:Eu，C1、SrS:Eu，Er。在CaS为基质研究的基础上，20世纪90年代以后又通过改变基质组分获得了CaSrS:Eu、MgSrS:Eu等体系的长余辉材料，它们的亮度和余辉时间为传统硫化物材料的几倍。但是稀土硫化物体系的长余辉发光材料在应用方面仍存在许多缺点，如稳定性差，发光强度低，余辉时间短，在日光照射下，会和空气中的水反应，释放H2S气体，不能很好地满足实际应用的要求。

（2）稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料 除了硫化物之外，稀土激活的碱土铝酸盐是近年来研究最多和应用最广的一类长余辉材料。早在1946年，Froelich发现以铝酸盐为基质的发光材料SrAl2（ Eu2+经过太阳光的照射后，可发出波长为400～520nm的可见光。进入20世纪90年代，对SrAl2O4 Eu2+的研究集中在添加Eu以外的辅助稀土激活剂，如Dy、Nd等，希望通过引入微量元素构成适当的杂质能级，达到延长余辉时间的目的。1997年前后，Sugimoto等以 Dy3+作为辅助激活剂，熔入SrAI2 O4:Eu2+体系，制备了发绿光的SrAl2 O4 Eu2+Dy3+，获得特长余辉的发光，使稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料的研究发生了又一次巨大飞跃。

目前，已实现工业化和商品化的铝酸盐长余辉材料有发黄绿光的SrAl2O4Eu2+ Dy3+、发蓝绿光的 Sr4 Al14 O25:Eu2+ Dy3+和发蓝紫光的 CaAl2 O4Eu2+，Nd3+。可将其制成发光涂料、发光油墨、发光塑料、发光纤维、发光纸张、发光玻璃、发光陶瓷和搪瓷等，还可用于建筑装潢、道路交通标志、军事设施、消防应急、仪表、电气开关显示以及日用消费品装饰。

（3）稀土激活的硅酸盐长余辉材料 由于以硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学和热稳定性，且其原料SiO2价廉、易得，长期以来一直受到人们的重视，广泛地应用在照明和显示领域，但这些材料都是短余辉的。1975年日本首先开发了硅酸盐长余辉材料Zn2SiO4:Mn，As，其余辉时间为30min。

从20世纪90年代初开始，我国肖志国研究组针对铝酸盐体系长余辉材料的耐水性差，耐化学物质稳定性差，对原料纯度要求高，生产成本高，以及发光颜色较单调等缺点，另辟新径，相继开发了数种耐水性强，耐紫外线辐照特性好，余辉性能良好，发光颜色多样的硅酸盐体系长余辉材料，其中铕、镝激活的焦硅酸盐蓝色发光材料性能优于铕、钕激活的铝酸盐蓝色材料。