稀土長余輝發光材料的研究進展
摘要: 研究和開發新的不同發光顏色或全色的稀土長余輝發光材料是人們努力追求的目標。下面主要對紅、白等顏色稀土長余輝發光材料的最近研究進展做一個簡單的介紹。
長余輝發光材料是屬于光致發光材料的一種,是指經日光和長波紫外線等光源的短時間照射,關閉光源后,仍能在很長一段時間內持續發光的材料。由于稀土長余輝發光材料的儲光-發光的特性,它們可作為發光涂料、發光薄膜、發光油墨、發光陶瓷、發光塑料、發光纖維、發光紙等,在建筑裝潢、軍事設施、交通運輸、消防應急等領域得到了廣泛應用。
有關長余輝材料的研究已有140年的歷史,其制備長余輝發光材料的基質材料也由最初的硫化物發展到鋁酸鹽、硅酸鹽、硫氧化物以及鈦酸鹽等。目前為止獲得實際生產應用的稀土長余輝發光材料集中在藍綠色上,主要包括傳統的硫化物材料、目前性能最好的SrAl2O4:Eu2+,D y3+綠光長余輝材料、Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+藍綠色長余輝發光材料以及Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+藍光長余輝材料,而其他顏色的長余輝材料基本上都處于研究階段,其發光性能和藍綠色長余輝材料還存在著很大的差別。研究和開發新的不同發光顏色或全色的稀土長余輝發光材料是人們努力追求的目標。下面主要對紅、白等顏色稀土長余輝發光材料的最近研究進展做一個簡單的介紹。
1、 紅色長余輝發光材料
根據三基色原理,通過將紅、綠、藍按一定的比例調配就可獲得其他任何顏色的余輝,但是必須要求三基色的發光強度和衰減時間都基本一致,目前藍綠色長余輝發光材料的研究已比較成熟,但是紅色長余輝材料的發光強度和余輝時間都還達不到要求,所以紅色長余輝材料的研究已成為目前的研究重點。
目前發現的能使基質發紅光的稀土離子主要有Eu3+、Pr3+、Sm3+等,國內外最早研究的紅色長余輝材料是堿土金屬硫化物體系,但它的主要缺點是化學穩定性差,易潮解,因而限制了它的應用。稀土元素激活的氧化物是很理想的紅色長余輝發光材料,其發光基質主要為Y2O3、Y2O2S。1999年,Murazaki在傳統的紅色發光材料 Y2O2S : Eu3+中摻雜Mg和Ti獲得了發光時間較長的紅色長余輝材料,其余輝時間最長可達到5h。而堿土金屬鈦酸鹽MTiO3(M=Ca,Sr,Ba)因其性能穩定、余輝衰減慢成為了近年來紅色長余輝材料的研究熱點,其主要的激活劑為Pr3+和Eu3+。以CaTiO3 :Pr3+為代表的堿土鈦酸鹽紅色發光材料,不僅穩定性好,發光顏色也純正,但是其最大的缺點是發光亮度不夠,余輝時間也不能達到實際應用要求,可見光區的激發強度有待進一步的提高。另外有報道指出CaWO4:Eu3+也具有紅色的長余輝發光現象。
在紅色長余輝發光材料的研究中,還有很多工作處于探索階段,Y2O2S: Eu3+,Mg2+,Ti4+還是目前為止性能最好的紅色長余輝材料,但其余輝時間也僅5h。下一步還需要從基質材料、制備方法、發光機理等方面進行更加深入的研究,爭取早日在紅色長余輝發光材料方面做出突破。
2、 白色長余輝發光材料
白光是非常重要的照明及顯示器件的發光顏色,對于白光的獲取,可以按一定比例的紅、綠、藍三原色混合,還可以通過按一定比例的黃/藍色混合而得。然而,由于組成白色磷光體的每一組分的余輝衰減時間不相同,余輝亮度也有差別,這就導致了磷光體在衰減過程中不能持續保持一致的白色發光,最終會偏向余輝亮度高、時間長的組分顏色,所以理想的白光發射磷光體應該是單一離子激活的單一基質。
劉應亮等人發現CdSiO3基質中存在穩定而強的420nm藍紫色發射,而三價稀土Dy3+離子在480nm和580nm處有特征發射,所以這三種發射混合就可表現出白色長余輝發射。同時,在SrSiO3與Sr2SiO4基質中也可以通過摻雜Dy3+實現白色長余輝發光。劉波等報道了CaAl2O4:Dy3+,Sr2MgSi2O7:Dy3+以及Y2O2S:Tb3+的白色長余輝發射。陳永虎等制備出了白色長余輝鈣鎂硅酸鹽材料CaxMgSi2O5+x:Dy3+(x=1,2,3),其白色長余輝發射持續時間超過1h。但目前為止,白色長余輝發光材料的發光性能還不是很好,制備工藝不是很成熟,不能應用于工業生產中,還需要進一步深入的研究。
3、 其他顏色的長余輝發光材料
除了以上幾種顏色的長余輝發光材料以外,黃、橙等顏色的長余輝發光材料也不斷的有研究報道。例如Eu2+、Dy3+激發的硅酸鹽Ca2MgSi2O7長余輝發光材料的余輝顏色為黃色,Dy3+、Er3+、Ho3+、Tm3+以及Nd3+、Yb3+與基質Gd2O2S復合的余輝顏色為橙色,而Eu3+和Sm3+與基質Gd2O2S復合產生橙紅色的長余輝發光等。
4、 稀土長余輝發光材料的研究展望
從最開始的硫化物長余輝發光材料到現在的堿土鋁酸鹽、硅酸鹽及鈦酸鹽長余輝發光材料,人們在其制備方法、發光機理、各組分在發光材料中的作用、應用領域等方面做了大量的研究,但是要想實現多色甚至全色的長余輝發光材料還有很長的路要走:紅色長余輝發光材料的發光性能不夠理想,不能達到理想的要求;而白色長余輝發光材料的研究進展也很緩慢。在以后的工作中,還需要在長余輝的發光機理、基質材料、制備方法等方面做出更深入的研究。
稀土長余輝蓄光發光粉是新力光源最先自主研究開發的熒光粉系列產品,經過近10年的研究開發及產業化應用,目前我公司已成為全球知名的長余輝蓄光發光粉生產廠家之一。目前,我公司在優化現有長余輝蓄光發光粉及其制品的基礎上,正在向市場精細化方向發展,先后研發出了弱光激發、快速激發、耐水、高亮度多彩等多個不同系列的稀土長余輝發光材料,并提供多種不同余輝時間、不同激發時間、不同顏色的產品,可以滿足用戶不同層次的需求。
在以后的工作中,我們會繼續開發研究多種發光顏色、多種功能的稀土長余輝產品,不斷提高稀土資源附加值,爭取將稀土長余輝發光材料應用到更加廣泛的領域中。
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