覃錦蘭

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院石化工程系，廣東廣州 510900）

淺談長余輝發(fā)光材料發(fā)光機(jī)理研究

覃錦蘭

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院石化工程系，廣東廣州 510900）

長余輝發(fā)光材料亦稱之為磷光材料，是一種重要的發(fā)光材料，在工農(nóng)業(yè)、消防、日常生活中都發(fā)揮著重要的作用。簡述長余輝發(fā)光材料的研究進(jìn)展，介紹長余輝發(fā)光材料的最新研究成果，剖析長余輝發(fā)光材料發(fā)光機(jī)理，對長余輝發(fā)光材料有著積極的研究參考作用。

長余輝發(fā)光材料；發(fā)光機(jī)理；余輝

長余輝發(fā)光材料，亦稱之為磷光材料，是指材料被光激發(fā)停止后，材料依然發(fā)光的一種材料。長余輝發(fā)光材料實(shí)際上是一種能在吸收光能的同時(shí)把光能量存儲起來，等光激發(fā)停止后，還能繼續(xù)把這些光能量慢慢釋放出來，持續(xù)的時(shí)間可以是短短的幾分鐘也可以是長達(dá)幾十個(gè)小時(shí)。長余輝發(fā)光材料是常見的發(fā)光材料，應(yīng)用非常廣泛，如環(huán)衛(wèi)工人的工作服，發(fā)光涂料、發(fā)光塑料、發(fā)光玻璃和發(fā)光陶瓷等夜光產(chǎn)品，背光顯示、甚至應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)檢測探針，對我們?nèi)粘Ｉ钜舶l(fā)揮著非常重要的作用。

余輝其實(shí)就是在撤去光源后發(fā)出的光，這種現(xiàn)象在我們古代的時(shí)候就有發(fā)現(xiàn)，比如說夜光杯或是夜明珠在夜間發(fā)出的夜光，但那時(shí)候人們并沒有對這種現(xiàn)象進(jìn)行深入的研究，直到20世紀(jì)初，第二次世界大戰(zhàn)軍事和防空的需要，進(jìn)一步促進(jìn)了這種功能材料的研究和應(yīng)用。在1866年，法國化學(xué)家Theodore Sidot初次成功制備了ZnS：Cu，該晶體經(jīng)過激發(fā)光源后，能發(fā)出長余輝。這種晶體的成功制備是長余輝發(fā)光材料的一個(gè)里程碑，大大地激發(fā)著科研人員進(jìn)一步研究長余輝發(fā)光材料，也就是從20世紀(jì)初，長余輝得到了迅猛的發(fā)展。

長余輝發(fā)光材料為什么能夠存儲光能，它是怎么存儲怎么釋放的呢？這個(gè)問題一直都是長余輝研究者面對的難題，因?yàn)檫@里面涉及到了長余輝發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理。對于長余輝的發(fā)光機(jī)理，很早就有人提出疑問，只是由于長余輝材料的多樣性，加上材料中所存在陷阱的復(fù)雜性和現(xiàn)階缺乏有效的段測試手段，長余輝發(fā)光材料的機(jī)理研究一直取不到較大的進(jìn)步，到現(xiàn)階段為止，國內(nèi)外的研究者也都還沒有承認(rèn)任何一個(gè)長余輝發(fā)光機(jī)理的模型，大家都是莫衷一是，即便如此，以下這幾個(gè)模型還是得到大多數(shù)研究者的承認(rèn)的。一：空穴轉(zhuǎn)移模型：以SrAl2O4：Eu2+，Dy3+黃綠色的長余輝發(fā)光材料為研究對象。SrAl2O4：Eu2+，Dy3+是一種典型的長余輝發(fā)光材料，從它發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，國內(nèi)外研究人員對它進(jìn)行了前赴后繼的研究，特別是在其發(fā)光機(jī)理上面。當(dāng)激發(fā)停止后，空穴馬上熱致逃逸，Dy4+所俘獲的空穴重新釋放到價(jià)帶上面去，理論上空穴可以在價(jià)帶中自由移動，當(dāng)遇到激發(fā)態(tài)的Eu+時(shí)會與Eu+發(fā)生復(fù)合，從而產(chǎn)生Eu2+的特征長余輝發(fā)光（2.38 eV）。其實(shí)整個(gè)過程就是光激發(fā)產(chǎn)生空穴，空穴遷移然后再復(fù)合，產(chǎn)生長余輝發(fā)光。空穴轉(zhuǎn)移模型的合理性至今還有人在商討，因?yàn)闆]有儀器能檢測出Eu+是否真的存在。其次是Dy4+的出現(xiàn)，嚴(yán)格來說，Dy3+是屬于性能較穩(wěn)定的三價(jià)的鑭系元素，僅僅是光照條件下，很難讓Dy3+轉(zhuǎn)變成為Dy4+。二：位型坐標(biāo)模型：針對空穴轉(zhuǎn)移模型所存在的不足，位型坐標(biāo)模型也被越來越多人所承認(rèn)。就拿Eu2+來做示例；用一曲線A代表著Eu2+的基態(tài)，曲線B代表著Eu2+的激發(fā)態(tài)，曲線C代表著Eu2+的陷阱，E代表著陷阱能級，陷阱的產(chǎn)生與摻如的稀土元素有關(guān)，在高溫條件下，稀土元素取代原有的金屬元素的時(shí)候，晶格畸形也會隨即產(chǎn)生，就會形成陷阱。當(dāng)Eu2+收到光（紫外光，紅外光等）的激發(fā)的時(shí)候，會吸收能量，躍遷到激發(fā)態(tài)。在激發(fā)態(tài)的Eu離子從激發(fā)態(tài)直接到基態(tài)，發(fā)出熒光。同時(shí)也有一部分通過弛豫過程存儲到了陷阱里面，等到外界提供一定量的能量的時(shí)候，存儲在陷阱里面的離子會重新釋放出來后，從激發(fā)態(tài)到基態(tài)躍遷，最后形成長余輝發(fā)光。長余輝發(fā)光材料的余輝時(shí)間能持續(xù)多久，取決于陷阱里面所捕獲的離子的密度和釋放的速度；余輝時(shí)間的強(qiáng)弱則取決于缺陷捕獲電子在單位時(shí)間內(nèi)返回激發(fā)態(tài)能級的數(shù)量。而對于陷阱能級（E），則是取決材料能否產(chǎn)生長余輝發(fā)光的重要因素，如果陷阱能級太小的話，則很難區(qū)分是發(fā)熒光還是長余輝，如果陷阱太深，則里面所捕獲的電子很難被重新釋放出來。也就是說，只有合適的陷阱能級，才能觀察到長余輝現(xiàn)象。三：氧空位模型認(rèn)為，MeAl2O4：Eu2+，Re3+的長余輝發(fā)光與晶體內(nèi)部的晶格缺陷相關(guān)。因?yàn)樵诤铣蛇^程中，運(yùn)用了弱的還原氣氛作為保護(hù)氣氛，在高溫條件下導(dǎo)致晶格中形成O2-空位V0，這個(gè)空位V0帶有兩個(gè)單位的正電荷，會對晶體場中的電子具有庫侖引力，可以俘獲電子。當(dāng)長余輝發(fā)光材料受光激發(fā)（紫外，紅外，可見光）的時(shí)候，Eu2+的基態(tài)4f7電子向激發(fā)態(tài)4f65d1躍遷。

長余輝發(fā)光材料在現(xiàn)實(shí)生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。在環(huán)衛(wèi)工人的衣服，警察，危險(xiǎn)地帶等經(jīng)常用的警示標(biāo)志等都是用長余輝發(fā)光材料制成的。此外，還可以將它制成發(fā)光釉面磚、發(fā)光陶瓷、發(fā)光塑料、發(fā)光油墨、發(fā)光布料、發(fā)光紙等，裝飾日常生活用品，美化人們的生活，增加生活的樂趣。研究和開發(fā)這種很有發(fā)展前途的發(fā)光材料，是當(dāng)今科研工作的熱門課題。

［1］ 孫家躍，杜海燕，胡文祥.固體發(fā)光材料［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］ 劉應(yīng)亮，丁紅.長余輝發(fā)光材料研究進(jìn)展［J］.無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2001，17（2）：181.

［3］ 羅昔賢，于晶杰，林廣旭，等，長余輝發(fā)光材料研究進(jìn)展［J］.發(fā)光學(xué)報(bào)，2002，22（5）：497-502.

Study on Luminescence Mechanism of Long Afterglow Luminescent Materials

Qin Jin-lan

Long afterglow luminescent material，also known as phosphorescent material，is an important luminescent material，which plays an important role in industry and agriculture，fi re fi ghting and daily life.The research progress of long afterglow luminescent materials is reviewed.The latest research results of long afterglow luminescent materials are traced back，and the luminescence mechanism of long afterglow luminescent materials is analyzed，which has a positive reference for long afterglow luminescent materials.

long-lasting light-emitting materials；luminescence mechanism；afterglow

TB34

B

1003-6490（2016）07-0059-01

2016-07-13

覃錦蘭（1988—），女，廣西平南人，初級教師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)。