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1、会计学1稀土发光材料要点稀土发光材料要点21.固体的发光固体的发光某一某一固体化合物固体化合物固体化合物固体化合物受到受到光子光子光子光子、带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子、电场电场电场电场或或电离辐射电离辐射电离辐射电离辐射的激发，会发生的激发，会发生能量的吸收能量的吸收、存储存储、传递传递和和转换过程转换过程。如果如果激发能量激发能量激发能量激发能量转换为可见光区的转换为可见光区的电磁辐电磁辐电磁辐电磁辐射射射射，这个物理过程称为，这个物理过程称为固体的发光固体的发光。第1页/共75页3发光材料发光材料发光材料发光材料由由基质基质基质基质和和激活剂激活剂激活剂激活剂组成，在一些材组成，在一
2、些材料中，还搀入其它料中，还搀入其它杂质离子杂质离子杂质离子杂质离子来来改善发光性能改善发光性能。基质基质基质基质：作为：作为材料主体材料主体的化合物；的化合物；激活剂激活剂激活剂激活剂：作为：作为发光中心发光中心的少量搀杂离子。的少量搀杂离子。第2页/共75页4发光发光发光发光是一种宏观现象，但它和晶是一种宏观现象，但它和晶体内部的体内部的缺陷结构缺陷结构缺陷结构缺陷结构、能带结构能带结构能带结构能带结构、能量能量能量能量传递传递传递传递、载流子迁移载流子迁移载流子迁移载流子迁移等等微观性质和过程微观性质和过程密切相关。密切相关。第3页/共75页5 固体发光与晶体内部结构固体发光与晶体内部结
3、构晶体中的能带有晶体中的能带有价带价带价带价带、导带导带导带导带、禁带禁带禁带禁带。但是，但是，在实际晶体中在实际晶体中，可能存在，可能存在杂质原杂质原杂质原杂质原子子子子或或晶格缺陷晶格缺陷晶格缺陷晶格缺陷，局部地，局部地破坏了晶体内部的规破坏了晶体内部的规则排列则排列，从而产生一些，从而产生一些特殊的能级特殊的能级，称为，称为缺缺缺缺陷能级陷能级陷能级陷能级。第4页/共75页6作作为为发发发发光光光光材材材材料料料料的的的的晶晶晶晶体体体体，往往往往有有目目的的地地搀搀搀搀杂杂杂杂其其它它杂杂质质离离子子以以构构构构成成成成缺缺缺缺陷陷陷陷能能能能级级级级，它们对它们对晶体的发光晶体的发光
4、起着关键作用。起着关键作用。第5页/共75页7发光发光发光发光是是去激发去激发去激发去激发的一种方式。的一种方式。晶体中晶体中电子电子的的被激发被激发被激发被激发和和去激发去激发去激发去激发互为逆过程互为逆过程互为逆过程互为逆过程。被激发被激发被激发被激发和和去激发去激发去激发去激发可能在可能在价带价带价带价带、导带导带导带导带和和缺陷能级缺陷能级缺陷能级缺陷能级中任意两个之间进行。中任意两个之间进行。第6页/共75页8被激发被激发被激发被激发和和去激发去激发去激发去激发发生的过程如下：发生的过程如下：价带价带价带价带与与导带导带导带导带之间；之间；价带价带价带价带与与缺陷能级缺陷能级缺陷能级
5、缺陷能级之间；之间；缺陷能级缺陷能级缺陷能级缺陷能级与与导带导带导带导带之间；之间；两个不同能量的两个不同能量的缺陷能级缺陷能级缺陷能级缺陷能级之间。之间。第7页/共75页9电子在电子在去激发跃迁去激发跃迁去激发跃迁去激发跃迁过程中，过程中，将所吸收将所吸收的能量释放出来的能量释放出来，转换成，转换成光辐射光辐射光辐射光辐射。辐射的光能辐射的光能辐射的光能辐射的光能取决于取决于电子跃迁前后电子跃迁前后所在所在能带能带能带能带(或能级或能级或能级或能级)之间的能量差值之间的能量差值之间的能量差值之间的能量差值。第8页/共75页10在在去激发跃迁去激发跃迁去激发跃迁去激发跃迁过程中，过程中，电子也
6、可能将一电子也可能将一部分能量部分能量转移给其它原子转移给其它原子转移给其它原子转移给其它原子，这时，这时电子辐射的电子辐射的电子辐射的电子辐射的光能光能光能光能小于跃迁前后小于跃迁前后电子所在电子所在能带能带能带能带(或能级或能级或能级或能级)的的的的能量差能量差能量差能量差。第9页/共75页11 发光过程发光过程固体固体发光的物理过程发光的物理过程发光的物理过程发光的物理过程示意图如下：示意图如下：其中，其中，M表示表示基质晶格基质晶格；A和和S为为搀杂离子搀杂离子；并假设并假设基质晶格基质晶格M的吸收的吸收不产生辐射不产生辐射。第10页/共75页12这时，这时，基质晶格基质晶格基质晶格基
7、质晶格MM吸收激发能吸收激发能，传递传递传递传递给搀杂离子给搀杂离子给搀杂离子给搀杂离子，使其，使其上升到激发态上升到激发态，它，它返回返回基态时基态时可能有以下三种途径：可能有以下三种途径：第11页/共75页13以热的形式以热的形式把激发能量把激发能量释放给邻近的晶释放给邻近的晶释放给邻近的晶释放给邻近的晶格格格格，称为，称为“无辐射弛豫无辐射弛豫无辐射弛豫无辐射弛豫”，也叫，也叫荧光猝灭荧光猝灭荧光猝灭荧光猝灭；以以辐射形式辐射形式辐射形式辐射形式释放激发能量释放激发能量，称，称“发光发光”；第12页/共75页14S将激发能传递给将激发能传递给A，即即S吸收的全部吸收的全部或部分激发能或部
8、分激发能由由由由A A产生发射产生发射产生发射产生发射而释放出来，这而释放出来，这种现象称为种现象称为“敏化发光敏化发光敏化发光敏化发光”，A称为称为激活剂激活剂激活剂激活剂，S通常被称为通常被称为A A的敏化剂的敏化剂的敏化剂的敏化剂。第13页/共75页15 荧光和磷光荧光和磷光激活剂激活剂激活剂激活剂吸收能量后吸收能量后，激发态的寿命激发态的寿命极短，极短，一般大约仅一般大约仅10-8s就会自动地就会自动地回到基态回到基态而而放出放出放出放出光子光子光子光子，这种发光现象称为，这种发光现象称为荧光荧光荧光荧光。撤去激发源撤去激发源后，后，荧光立即停止荧光立即停止。第14页/共75页16被激
9、发的物质被激发的物质在切断激发源后在切断激发源后在切断激发源后在切断激发源后仍能继续仍能继续发光发光，这种发光现象称为，这种发光现象称为磷光磷光磷光磷光。有时有时磷光能持续几十分钟甚至数小时磷光能持续几十分钟甚至数小时，这种发光物质就是通常所说的这种发光物质就是通常所说的长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料。第15页/共75页17即：即：“荧光荧光荧光荧光”指的是指的是激发时的发光激发时的发光激发时的发光激发时的发光，而而“磷光磷光磷光磷光”指的是指的是发光在激发停止后发光在激发停止后，可以可以持续一段时间持续一段时间持续一段时间持续一段时间。第16页/共75页182.稀土的电子层结构和光
10、谱学性稀土的电子层结构和光谱学性质质发光的本质发光的本质是是能量的转换能量的转换能量的转换能量的转换，稀土之所，稀土之所以具有优异的发光性能，就在于它具有以具有优异的发光性能，就在于它具有优优优优异的能量转换功能异的能量转换功能异的能量转换功能异的能量转换功能，而这又是由其，而这又是由其特殊的特殊的电子层结构电子层结构决定的。决定的。第17页/共75页19 稀土元素基态原子的电于层构型稀土元素基态原子的电于层构型Sc ls22s22p63s23p63d14s2 Y ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2 Ln（La-Lu）ls22s22p63s23p63d104s24p
11、64d104f0145s25p65d016s2 第18页/共75页20 稀土元素的价态稀土元素的价态 其中，其中，其中，其中，横坐标横坐标横坐标横坐标为为原子序数原子序数，纵坐标线的长短纵坐标线的长短纵坐标线的长短纵坐标线的长短表示表示价态变化倾向价态变化倾向的相对大小。的相对大小。第19页/共75页21 稀土离子的发光特点稀土离子的发光特点+3+3价稀土离子的发光特点价稀土离子的发光特点价稀土离子的发光特点价稀土离子的发光特点具有具有f-f f-f 跃迁跃迁跃迁跃迁的发光材料的的发光材料的发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱呈线状呈线状呈线状呈线状，色纯度高色纯度高色纯度高色纯度高；荧光寿命长荧
12、光寿命长荧光寿命长荧光寿命长；第20页/共75页22由于由于4f轨道处于内层轨道处于内层，材料的，材料的发光发光发光发光颜色颜色颜色颜色基本基本不随基质的不同而改变不随基质的不同而改变不随基质的不同而改变不随基质的不同而改变；光谱形状光谱形状光谱形状光谱形状很少随温度而变很少随温度而变，温度猝温度猝灭小灭小，浓度猝灭小浓度猝灭小。第21页/共75页23在在+3+3价价价价稀稀稀稀土土土土离离离离子子子子中中，Y Y3+3+和和和和LaLa3+3+无无4f电电子子，LuLu3+3+的的4f亚亚层层为为全全充充满满的的，都都具具有有密密闭闭的的壳壳层层，因因此此它它们们属属于于光光光光学学学学惰惰
13、惰惰性性性性的的，适适用于作用于作基基质材料质材料质材料质材料。第22页/共75页24从从CeCe3+3+到到YbYb3+3+，电子依次填充在电子依次填充在4f轨轨道，从道，从f f 1 1 到到到到 f f 1313，其电子层中都其电子层中都具有未成具有未成具有未成具有未成对电子对电子对电子对电子，其，其跃迁可产生发光跃迁可产生发光，这些离子适，这些离子适于于作为发光材料的作为发光材料的激活离子激活离子激活离子激活离子。第23页/共75页25 非正常价态稀土离子的光谱特性非正常价态稀土离子的光谱特性非正常价态稀土离子的光谱特性非正常价态稀土离子的光谱特性价态的变化价态的变化是是引发、调节和转
14、换引发、调节和转换材料功材料功材料功材料功能特性能特性能特性能特性的重要因素，的重要因素，发光材料的某些功能发光材料的某些功能发光材料的某些功能发光材料的某些功能往往往可通过往可通过稀土价态的改变稀土价态的改变稀土价态的改变稀土价态的改变来实现。来实现。+2+2价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性+4+4价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性第24页/共75页26+2价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性+2价态稀土离子价态稀土离子(RE2+)有有两种电子层构两种电子层构型型：4 4 f
15、 f n-1n-15 d5 d1 1和和4 4f f n n。4fn-15dl构型的特点是构型的特点是5 5d d轨道裸露于外轨道裸露于外轨道裸露于外轨道裸露于外层层层层，受，受外部场的影响外部场的影响显著。显著。第25页/共75页274 4f fn-1n-15d5dl l 4f4fn n(即即d-fd-f跃迁跃迁跃迁跃迁)的的跃迁发射呈跃迁发射呈跃迁发射呈跃迁发射呈宽带宽带宽带宽带，强度较高强度较高强度较高强度较高，荧光寿命短荧光寿命短荧光寿命短荧光寿命短，发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱随随基质基质基质基质组成、结构的改变而发生明显变化。组成、结构的改变而发生明显变化。与与RE3+相比相比
16、，RERE2+2+的激发态的激发态的激发态的激发态能级间隔被能级间隔被压缩压缩，最终导致，最终导致最低激发态能量降低最低激发态能量降低最低激发态能量降低最低激发态能量降低，谱线谱线谱线谱线红移红移红移红移。第26页/共75页28+4价态稀土离子的光谱特性价态稀土离子的光谱特性+4+4价态稀土离子价态稀土离子价态稀土离子价态稀土离子和与其和与其相邻的前一个相邻的前一个相邻的前一个相邻的前一个+3+3价稀土离子价稀土离子价稀土离子价稀土离子具有相同的具有相同的4f电子数目电子数目。例如，。例如，Ce4+和和La3+，Pr4+和和Ce3+，Tb4+和和Gd3+等。等。第27页/共75页29+4价态稀
17、土离子价态稀土离子的的电荷迁移带能量电荷迁移带能量电荷迁移带能量电荷迁移带能量较低，较低，吸收峰往往吸收峰往往移到可见光区移到可见光区移到可见光区移到可见光区。如如Ce4+与与Ce3+的混价的混价电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁形成形成的的吸收峰吸收峰已延伸到已延伸到450450nmnm附近，附近，Tb4+的吸收的吸收峰在峰在430430nmnm附近。附近。第28页/共75页30 稀土发光材料的分类稀土发光材料的分类稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂在基质中，作为在基质中，作为发光中心发光中心发光中心发光中心而而掺入的掺入的离子离子称为称为
18、激活剂激活剂激活剂激活剂。第29页/共75页31以稀土离子作为激活剂以稀土离子作为激活剂以稀土离子作为激活剂以稀土离子作为激活剂的的发光体发光体是稀土是稀土发光材料中的最主要的一类，根据发光材料中的最主要的一类，根据基质材料基质材料基质材料基质材料的不同的不同的不同的不同又可分为两种情况：又可分为两种情况：材料基质为材料基质为稀土化合物稀土化合物稀土化合物稀土化合物；如如Y2O3：Eu3+；材料基质为材料基质为非稀土化合物非稀土化合物非稀土化合物非稀土化合物；如如SrAl2O4：Eu2+。第30页/共75页32可可以以作作为为激激激激活活活活剂剂剂剂的的的的稀稀稀稀土土土土离离离离子子子子主主
19、要要是是Gd3+两两侧侧的的Sm3+、EuEu3+3+、Eu2+、TbTb3+3+、Dy3+。其中应用最多的是其中应用最多的是EuEu3+3+和和和和TbTb3+3+。第31页/共75页33Tb3+是常见的是常见的绿色发光材料的激绿色发光材料的激绿色发光材料的激绿色发光材料的激活离子活离子活离子活离子。另外，另外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Y3+可作为可作为上转换材料的上转换材料的激活剂激活剂激活剂激活剂或或敏化剂敏化剂敏化剂敏化剂。第32页/共75页34可以通过选择可以通过选择基质的化学组成基质的化学组成基质的化学组成基质的化学组成，添加适，添加适当的当的阳离子或阴离
20、子阳离子或阴离子阳离子或阴离子阳离子或阴离子，改变晶场改变晶场改变晶场改变晶场对对Eu2+的影的影响，制备出响，制备出特定波长的特定波长的新型荧光体，提高荧新型荧光体，提高荧光体的发光效率，故这类光体的发光效率，故这类发光材料发光材料发光材料发光材料具有广泛具有广泛的应用。的应用。第33页/共75页35 稀土化合物作为基质材料稀土化合物作为基质材料常见的可常见的可作为基质材料的稀土化合物作为基质材料的稀土化合物有有Y Y2 2OO3 3、LaLa2 2OO3 3和和GdGd2 2OO3 3等，也可以等，也可以稀土稀土与过渡元素共同构成的化合物与过渡元素共同构成的化合物作为基质材作为基质材料料(
21、如如YVO4)。第34页/共75页36 三基色原理三基色原理 将将适适当当选选择择的的三三三三种种种种基基基基色色色色(红红红红、绿绿绿绿、蓝蓝蓝蓝)按按不不同同比比例例合合成成，可可引引起不同的彩色感觉；起不同的彩色感觉；第35页/共75页37合成的彩色合成的彩色光的亮度光的亮度光的亮度光的亮度决定于决定于三三三三基色亮度之和基色亮度之和基色亮度之和基色亮度之和，其，其色度色度色度色度决定于决定于三基色三基色三基色三基色成分的比例成分的比例成分的比例成分的比例；三种基色三种基色彼此独立彼此独立彼此独立彼此独立，任一种基，任一种基色不能由其他两种基色配出。色不能由其他两种基色配出。第36页/共
22、75页383.灯用发光材料灯用发光材料稀土发光材料的稀土发光材料的一大应用领域一大应用领域便是便是电光电光电光电光源源源源，灯用荧光粉灯用荧光粉灯用荧光粉灯用荧光粉的产量在的产量在所有荧光粉中所有荧光粉中占据占据首位。首位。电光源电光源电光源电光源主要分为主要分为两大类两大类：热辐射热辐射热辐射热辐射发光光源；发光光源；气体放电气体放电气体放电气体放电发光光源。发光光源。第37页/共75页39与与热辐射光源热辐射光源热辐射光源热辐射光源相比，相比，气体放电光源气体放电光源气体放电光源气体放电光源具有具有显著的优点，例如，不受显著的优点，例如，不受灯丝熔点的限制灯丝熔点的限制；辐射光谱可以选择辐
23、射光谱可以选择；发光效率发光效率远远超过热辐远远超过热辐射光源；射光源；寿命长寿命长，可达几万小时；而且在使，可达几万小时；而且在使用寿命期间用寿命期间光输出的维持性能光输出的维持性能好。好。第38页/共75页40 气体放电和气体放电光源气体放电和气体放电光源在特定条件下在特定条件下(例如例如强电场强电场，光辐射光辐射、粒子轰击粒子轰击和和高温加热高温加热等等)，气体分子将发生气体分子将发生电离电离，产生可自由移动的，产生可自由移动的带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子，在电场，在电场作用下形成电流。这种作用下形成电流。这种电流通过气体的现象电流通过气体的现象电流通过气体的现象电流通过气体的现象称
24、为称为气体放电气体放电气体放电气体放电。第39页/共75页41在在电离气体电离气体电离气体电离气体中，存在着各种中，存在着各种中性粒子中性粒子和和带电粒子带电粒子，它们之间存在着，它们之间存在着复杂的相互复杂的相互作用作用，带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子不断地不断地从电场中从电场中获得能量获得能量获得能量获得能量，并通过并通过各种相互作用各种相互作用把把能量传递能量传递能量传递能量传递给其他粒给其他粒子。子。当这些当这些激发粒子激发粒子激发粒子激发粒子自发返回基态时自发返回基态时，发发发发出电磁辐射出电磁辐射出电磁辐射出电磁辐射。第40页/共75页42此外，此外，电离气体中电离气体中正、负粒
25、子的复正、负粒子的复正、负粒子的复正、负粒子的复合合合合，带电粒子带电粒子带电粒子带电粒子在离子场中的减速在离子场中的减速，也都，也都会会产生辐射产生辐射产生辐射产生辐射。因而，因而，气体放电气体放电气体放电气体放电总是伴随着总是伴随着辐射效辐射效辐射效辐射效应应应应，利用这一原理制成的光源称为，利用这一原理制成的光源称为气体气体气体气体放电光源放电光源放电光源放电光源。第41页/共75页43 稀土发光材料在气体放电光源领域的应用范围稀土发光材料在气体放电光源领域的应用范围稀土发光材料在气体放电光源领域的应用范围稀土发光材料在气体放电光源领域的应用范围 第42页/共75页44 低压汞灯低压汞灯
26、利用汞蒸气放电的灯利用汞蒸气放电的灯利用汞蒸气放电的灯利用汞蒸气放电的灯统称为统称为汞灯汞灯汞灯汞灯。按按蒸蒸气气压压的的不不同同，汞汞汞汞灯灯灯灯分分为为低低压压汞汞灯灯和和高高压压汞汞灯灯，若若在在这这两两种种灯灯的的外外壳壳内内壁壁涂涂涂涂以以以以荧荧荧荧光光光光粉粉粉粉，就就称称为为低低低低压压压压水水水水银银银银荧荧荧荧光光光光灯灯灯灯和和高高高高压压压压水水水水银银银银荧荧荧荧光灯光灯光灯光灯。第43页/共75页451949年出现了性能优异的年出现了性能优异的锰、锑激活锰、锑激活锰、锑激活锰、锑激活的的卤磷酸钙荧光粉卤磷酸钙荧光粉卤磷酸钙荧光粉卤磷酸钙荧光粉(卤粉卤粉)，其，其量子
27、效率较量子效率较高高，稳定性好稳定性好，原料易得原料易得，价格便宜价格便宜，而，而且可以通过且可以通过调整配方比例调整配方比例调整配方比例调整配方比例获得获得冷白冷白冷白冷白、暖白暖白暖白暖白和和日光色日光色日光色日光色的输出，这些突出的优点使它一的输出，这些突出的优点使它一直沿用至今。直沿用至今。第44页/共75页46 汞灯发光原理（发光效率和显色性差）汞灯发光原理（发光效率和显色性差）汞灯发光原理（发光效率和显色性差）汞灯发光原理（发光效率和显色性差）电子轰击电子轰击Hg使其使其激发激发激发激发受激受激受激受激HgHg放出紫外放出紫外线线(25.07nm,185nm)紫外线使紫外线使Sb3
28、+,Mn2+激发激发处于激发态的处于激发态的Sb3+和和Mn2+返回基态时返回基态时发出光发出光(Sb3+为为490nm,Mn2+为为185nm)，二者二者的的光谱范围都较宽光谱范围都较宽，几乎遍及整个可见光谱，几乎遍及整个可见光谱范围范围 一种白色光。一种白色光。第45页/共75页47稀土三基色荧光灯稀土三基色荧光灯 （1977年获得美国重大技术发明奖）年获得美国重大技术发明奖）发蓝光发蓝光(峰值峰值450nm)的铕激活的多铝酸钡的铕激活的多铝酸钡镁镁(BaMg2Al16O27：Eu2+)发绿光发绿光(峰值峰值543nm)的铈、铽激活的多铝的铈、铽激活的多铝酸镁酸镁(MgAl11O19：Ce
29、3+,Tb3+)发红光发红光(峰值峰值611nm)的铕激活的氧化钇的铕激活的氧化钇(Y2O3：Eu3+)第46页/共75页48三种成分按一定比例混合，可以制三种成分按一定比例混合，可以制成成色温色温色温色温为为25006500K的的任意光色的荧任意光色的荧光灯光灯，光效光效光效光效达达80lm/w以上，平均显色指以上，平均显色指数达数达85。第47页/共75页49 红色荧光粉的制备红色荧光粉的制备将将Y2O3和和Eu2O3按一定比例混合按一定比例混合后溶于后溶于6mol/L盐酸，盐酸，滤去不溶物滤去不溶物，加，加热近沸，以温度约热近沸，以温度约95的的15草酸草酸进进行沉淀。行沉淀。第48页/
30、共75页50热渍热渍热渍热渍23h后过滤，后过滤，洗涤沉淀洗涤沉淀至近中性，至近中性，烘干。烘干。在在850900加热，使之分解为加热，使之分解为(Y,Eu)2O3的混合物。的混合物。将混合物将混合物置于坩埚中置于坩埚中，在，在12501300下灼烧下灼烧35h，经经选粉选粉、过筛过筛，得成，得成品。品。第49页/共75页51第50页/共75页52 高压汞灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯是最早的是最早的高压气体放电光源高压气体放电光源高压气体放电光源高压气体放电光源。低压汞灯低压汞灯中汞蒸气压极小，不足中汞蒸气压极小，不足133Pa；而而高压汞灯高压汞灯的汞蒸气压为低压汞灯的数的汞蒸
31、气压为低压汞灯的数千倍，千倍，普通高压汞灯的蒸气压普通高压汞灯的蒸气压大约在大约在0.21MPa。第51页/共75页53低压汞放电低压汞放电低压汞放电低压汞放电主要产生主要产生254nm和和185nm紫紫紫紫外辐射外辐射外辐射外辐射，可见光辐射可见光辐射可见光辐射可见光辐射很微弱；很微弱；在在高压汞灯高压汞灯高压汞灯高压汞灯中，中，原子密度高原子密度高，原子间相原子间相互作用大，造成所谓压力加宽、碰撞加宽等互作用大，造成所谓压力加宽、碰撞加宽等现象，以致现象，以致汞在可见光区的特征谱线汞在可见光区的特征谱线汞在可见光区的特征谱线汞在可见光区的特征谱线404.9mn(紫紫)、435.8nm(蓝蓝
32、)、546.1nm(绿绿)、577.0579.Onm(黄黄)等等非常明显非常明显非常明显非常明显。第52页/共75页54在在高压汞灯的高压汞灯的可见光辐射可见光辐射可见光辐射可见光辐射中，中，红光成分红光成分红光成分红光成分太少，仅占总可见辐射的太少，仅占总可见辐射的1，与，与日光中的日光中的红光比例红光比例(约约12)相差甚远。相差甚远。因此，因此，高压汞灯的光色高压汞灯的光色显显蓝绿蓝绿蓝绿蓝绿，显色指显色指数低数低，仅为，仅为25，被照物体，被照物体不能很好地呈现原不能很好地呈现原有的颜色有的颜色，明显失真明显失真明显失真明显失真，不宜用于，不宜用于对照明要求对照明要求较高较高的场所。的
33、场所。第53页/共75页55 高压汞灯荧光粉高压汞灯荧光粉YVO4：Eu3+；Y(V,P)O4：Eu3+；Y2(V,B)2O8：Eu3+；(Y,Eu,Bi)(VO4)(BO3)(PO4)第54页/共75页564.长余辉发光材料长余辉发光材料长余辉发光材料长余辉发光材料长余辉发光材料长余辉发光材料简称简称长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料，又称，又称夜光材料夜光材料夜光材料夜光材料。它是一类。它是一类吸收太阳光或人工光源吸收太阳光或人工光源所产生的光所产生的光发出可见光，而且发出可见光，而且在激发停止后在激发停止后仍可仍可继续发光继续发光继续发光继续发光的物质。的物质。第55页/共75页5
34、7长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料具有利用具有利用日光或灯光日光或灯光日光或灯光日光或灯光储光储光储光储光，夜晚或在黑暗处发光夜晚或在黑暗处发光夜晚或在黑暗处发光夜晚或在黑暗处发光的特点，的特点，是一种是一种储能、节能的发光材料储能、节能的发光材料储能、节能的发光材料储能、节能的发光材料。第56页/共75页58长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料不消耗电能不消耗电能，但能，但能把吸收的把吸收的天然光等储存起来天然光等储存起来，在较暗的环境中在较暗的环境中呈现出呈现出明亮可辨的明亮可辨的可见光可见光可见光可见光，具有，具有照明功能照明功能照明功能照明功能，可起到，可起到指示照明指示照
35、明和和装饰照明装饰照明的作用，是一种的作用，是一种“绿色绿色”光源材料。光源材料。第57页/共75页59尤其是尤其是稀土激活的稀土激活的稀土激活的稀土激活的碱土铝酸盐长余辉碱土铝酸盐长余辉碱土铝酸盐长余辉碱土铝酸盐长余辉材料材料材料材料的余辉时间可达的余辉时间可达12h以上，具有以上，具有白昼白昼蓄光蓄光、夜间发射夜间发射的长期的长期循环蓄光、发光循环蓄光、发光循环蓄光、发光循环蓄光、发光的的特点，有着广泛的应用前景。特点，有着广泛的应用前景。第58页/共75页60最近一些年来，最近一些年来，稀土激活的稀土激活的铝酸盐铝酸盐铝酸盐铝酸盐和和硫化物硫化物硫化物硫化物成为成为长余辉材料的主体长余辉
36、材料的主体，代表，代表了长余辉材料研究开发的发展趋势。了长余辉材料研究开发的发展趋势。第59页/共75页61 稀土激活的硫化物长余辉材料稀土激活的硫化物长余辉材料硫硫化化物物长长余余辉辉材材料料的的基基基基质质质质主主要要是是锌锌锌锌和碱土金属硫化物和碱土金属硫化物和碱土金属硫化物和碱土金属硫化物。第60页/共75页62稀土激活的硫化物稀土激活的硫化物稀土激活的硫化物稀土激活的硫化物长余辉材料的长余辉材料的发光发光颜色较为丰富颜色较为丰富，尤其是，尤其是红色发光红色发光红色发光红色发光是其他基是其他基质长余辉材料尚无法实现的。质长余辉材料尚无法实现的。ZnS：Eu2+；SrS：Eu2+,Er3
37、+；Ca1-xSrxS：Eu2+,Dy3+,Er3+第61页/共75页63 稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料是指稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料是指以以碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属(主要是主要是主要是主要是SrSr、Ca)Ca)铝酸盐铝酸盐铝酸盐铝酸盐为基质，为基质，EuEu2+2+为激活剂为激活剂为激活剂为激活剂，DyDy3+3+和和和和NdNd3+3+等中重稀土的离等中重稀土的离子为子为辅助激活剂辅助激活剂辅助激活剂辅助激活剂的发光材料。的发光材料。第62页/共75页64稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料主要稀土激活的碱土铝酸盐长余辉
38、材料主要有有SrAl2O4：Eu2+SrAl2O4：Eu2+，Dy3+Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+CaAl2O4：Eu2+，Nd3+等。等。第63页/共75页65它们发射从它们发射从蓝色蓝色蓝色蓝色到到绿色绿色绿色绿色的光，峰值分的光，峰值分布在布在440-520440-520nmnm范围，范围，发光亮度高发光亮度高，余辉余辉时间长时间长，有文献报道，样品，有文献报道，样品在暗室中放置在暗室中放置50h后后仍可见清晰的发光。仍可见清晰的发光。第64页/共75页66在在铝酸盐材料铝酸盐材料铝酸盐材料铝酸盐材料中，研究最多、应用最普中，研究最多、应用最普遍的是遍的是SrAl2O4：Eu
39、2+,Dy3+黄绿色荧光粉黄绿色荧光粉黄绿色荧光粉黄绿色荧光粉。由日亚公司开发的由日亚公司开发的蓝绿色荧光粉蓝绿色荧光粉蓝绿色荧光粉蓝绿色荧光粉Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+，其发射主峰在其发射主峰在490nm，与人眼与人眼暗视觉暗视觉峰值接近，具有目前峰值接近，具有目前最长的余辉时间最长的余辉时间，为，为SrAl2O4：Eu2+,Dy3+的的两倍。两倍。第65页/共75页67(3)稀土长余辉发光材料的应用稀土长余辉发光材料的应用将将长长余余辉辉材材料料制制成成发发光光涂涂料料、发发光光油油墨墨、发发光光塑塑料料、发发光光纤纤维维、发发光光纸纸张张、发发光光玻玻璃璃、发发光光陶陶瓷瓷
40、、发发光光搪搪瓷瓷和和发发光光混混凝凝土土可可用用于于安安全全应应急急、交交通通运运输输、建建筑筑装装潢潢、仪仪表表、电电气气开开关关显显示示以以及及日日用用消消费费品品装装饰饰等等诸诸多多方方面。面。第66页/共75页68长余辉材料及其制品用于长余辉材料及其制品用于安全应急方安全应急方安全应急方安全应急方面面面面，如，如消防安全设施消防安全设施、器材的标志器材的标志，救生救生器材标志器材标志、紧急疏散标志紧急疏散标志、应急指示照明应急指示照明和和军事设施军事设施的隐蔽照明。的隐蔽照明。第67页/共75页69如日本将如日本将发光涂料发光涂料发光涂料发光涂料用于某些特殊场合的用于某些特殊场合的应
41、急指示照明应急指示照明应急指示照明应急指示照明。据报道，在美国据报道，在美国“9.11”事件中事件中长余辉长余辉长余辉长余辉发光标志发光标志发光标志发光标志在人员疏散过程中在人员疏散过程中起了重要的作用。起了重要的作用。利用含利用含长余辉材料的纤维制造的发光织长余辉材料的纤维制造的发光织物物，可以制成，可以制成消防服消防服、救生衣救生衣等，用于紧急等，用于紧急情况。情况。第68页/共75页70在在交交交交通通通通运运运运输输输输领领领领域域域域，长长余余辉辉材材料料用用于于道道道道路路路路交交交交通通通通标标标标志志志志，如如路路标标、护护栏栏、地地铁铁出出口口、临临时时防护线防护线等；等；在
42、在飞飞机机、船船舶舶、火火车车及及汽汽车车上上涂涂以以长长余余辉标志，辉标志，目标明显目标明显，可，可减少意外事故的发生减少意外事故的发生。美美国国利利用用发发发发光光光光纤纤纤纤维维维维制制制制造造造造发发发发光光光光织织织织物物物物，制制成成夜间夜间在道路上执勤人员在道路上执勤人员的衣服。的衣服。第69页/共75页71长余辉材料用在长余辉材料用在建筑装潢建筑装潢建筑装潢建筑装潢方面，可以方面，可以装饰、美化装饰、美化装饰、美化装饰、美化室内外环境室内外环境，简便醒目简便醒目，节约节约电能电能。英国一家公司将英国一家公司将发光油漆发光油漆发光油漆发光油漆涂于楼道，涂于楼道，白昼储光白昼储光，
43、夜间释放光能夜间释放光能，长期循环以，长期循环以节节节节省照明用电省照明用电省照明用电省照明用电。还可用于还可用于广告装饰广告装饰广告装饰广告装饰、夜间或黑暗环境、夜间或黑暗环境需要显示部位的指示，如需要显示部位的指示，如暗室座位号码暗室座位号码、电源开关显示电源开关显示。第70页/共75页72长余辉材料还可用于长余辉材料还可用于仪器仪表盘仪器仪表盘仪器仪表盘仪器仪表盘、钟钟钟钟表表盘表表盘表表盘表表盘的指示，的指示，日用消费品装饰日用消费品装饰日用消费品装饰日用消费品装饰，如，如发光发光工艺品工艺品、发光玩具发光玩具、发光渔具发光渔具等。等。德国利用德国利用发光油墨发光油墨发光油墨发光油墨印
44、刷印刷夜光报纸夜光报纸夜光报纸夜光报纸，在，在无照明的情况下仍然可以阅读。无照明的情况下仍然可以阅读。第71页/共75页73长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料所所涉及的应用领域涉及的应用领域相当广相当广泛，其泛，其制品的种类制品的种类很多。很多。其中其中发光涂料发光涂料、油墨油墨、塑料塑料、纤维纤维等等制品的制备方法主要是把制品的制备方法主要是把长余辉材料作为长余辉材料作为长余辉材料作为长余辉材料作为添加成分添加成分添加成分添加成分搀杂于搀杂于聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基体材料聚合物基体材料中，中，工艺工艺比较简单比较简单，长余辉材料，长余辉材料不经受高温处理不经受高温处理。第7
45、2页/共75页74长余辉长余辉发光陶瓷发光陶瓷发光陶瓷发光陶瓷、搪瓷搪瓷搪瓷搪瓷和和玻璃制玻璃制玻璃制玻璃制品品品品的的制造工艺较为复杂制造工艺较为复杂，主要是因为，主要是因为在这些制品的制造过程中在这些制品的制造过程中需要进行需要进行高高高高温处理温处理温处理温处理。第73页/共75页75尽管尽管长余辉材料长余辉材料长余辉材料长余辉材料本身就是一种本身就是一种功能陶功能陶瓷材料瓷材料，但它的，但它的热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性是有一定限度的，是有一定限度的，温度对长余辉材料的发光性能温度对长余辉材料的发光性能温度对长余辉材料的发光性能温度对长余辉材料的发光性能的影响很大，的影响很大，随着灼烧随着灼烧温度的升高温度的升高，发光亮度发光亮度急剧下降，急剧下降，甚至发生甚至发生荧光猝灭荧光猝灭。第74页/共75页