《稀土發(fā)光材料》PPT課件.ppt

1 2 某一受到、或的激發(fā)，會發(fā)生能量的吸收、存儲、傳遞和轉(zhuǎn)換過程。如果轉(zhuǎn)換為可見光區(qū)的，這個物理過程稱為固體的發(fā)光。 3 由和組成，在一些材料中，還攙入其它來改善發(fā)光性能。：作為材料主體的化合物；：作為發(fā)光中心的少量攙雜離子。 4 是一種宏觀現(xiàn)象，但它和晶體內(nèi)部的、等微觀性質(zhì)和過程密切相關(guān)。 5 晶體中的能帶有、。但是，在實際晶體中，可能存在或，局部地破壞了晶體內(nèi)部的規(guī)則排列，從而產(chǎn)生一些特殊的能級，稱為。 6 作為，往往有目的地其它雜質(zhì)離子以，它們對晶體的發(fā)光起著關(guān)鍵作用。 7 是的一種方式。晶體中電子的和。和可能在、和中任意兩個之間進行。 8 和發(fā)生的過程如下：與之間；與之間；與之間； 兩個不同能量的之間。 9 電子在過程中，將所吸收的能量釋放出來，轉(zhuǎn)換成。取決于電子躍遷前后所在。 10 在過程中，電子也可能將一部分能量，這時小于躍遷前后電子所在。 11 固體示意圖如下：其中，M表示基質(zhì)晶格； A和S為攙雜離子；并假設(shè)基質(zhì)晶格M的吸收不產(chǎn)生輻射。 12 這時，吸收激發(fā)能，使其上升到激發(fā)態(tài)，它返回基態(tài)時可能有以下三種途徑： 13 以熱的形式把激發(fā)能量，稱為“”，也叫；以釋放激發(fā)能量，稱 “發(fā)光” ； 14 S將激發(fā)能傳遞給A，即S吸收的全部或部分激發(fā)能而釋放出來，這種現(xiàn)象稱為“”，A稱為，S通常被稱為。 15 吸收能量后，激發(fā)態(tài)的壽命極短，一般大約僅10-8s就會自動地回到基態(tài)而，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為。撤去激發(fā)源后，熒光立即停止。 16 被激發(fā)的物質(zhì)仍能繼續(xù)發(fā)光，這種發(fā)光現(xiàn)象稱為。有時磷光能持續(xù)幾十分鐘甚至數(shù)小時，這種發(fā)光物質(zhì)就是通常所說的。 17 即：“” 指的是，而“”指的是發(fā)光在激發(fā)停止后，可以。 18 發(fā)光的本質(zhì)是，稀土之所以具有優(yōu)異的發(fā)光性能，就在于它具有，而這又是由其特殊的電子層結(jié)構(gòu)決定的。 19 Sc ls22s22p63s23p63d14s2 Y ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2 Ln（La-Lu） ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0145s25p65d016s2 20 為原子序數(shù)，表示價態(tài)變化傾向的相對大小。 21 具有的發(fā)光材料的，； 22 由于4f軌道處于內(nèi)層，材料的基本；很少隨溫度而變，溫度猝滅小，濃度猝滅小。 23 在中，無4f電子，的4f亞層為全充滿的，都具有密閉的殼層，因此它們屬于的，適用于作基。 24 從到，電子依次填充在4f軌道，從，其電子層中都，其躍遷可產(chǎn)生發(fā)光，這些離子適于作為發(fā)光材料的。 25 價態(tài)的變化是引發(fā)、調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換的重要因素，往往可通過來實現(xiàn)。 26 +2價態(tài)稀土離子(RE2+)有兩種電子層構(gòu)型：和。 4fn-15dl構(gòu)型的特點是，受外部場的影響顯著。 27 (即) 的，隨組成、結(jié)構(gòu)的改變而發(fā)生明顯變化。與RE3+相比，能級間隔被壓縮，最終導(dǎo)致，。 28 和與其具有相同的4f電子數(shù)目。例如，Ce4+和La3+，Pr4+和Ce3+，Tb4+和G d3+等。 29 +4價態(tài)稀土離子的較低，吸收峰往往。如Ce4+與Ce3+的混價形成的吸收峰已延伸到附近，Tb4+的吸收峰在附近。 30在基質(zhì)中，作為而摻入的離子稱為。 31 的發(fā)光體是稀土發(fā)光材料中的最主要的一類，根據(jù)又可分為兩種情況： 材料基質(zhì)為；如Y2O3 ：Eu3+； 材料基質(zhì)為；如SrAl 2O4：Eu2+。 32 可以作為主要是G d3+兩側(cè)的Sm3+、Eu2+、Dy3+。其中應(yīng)用最多的是。 33 Tb3+是常見的。另外，Pr3+、Nd3+、H o3+、Er3+、Tm3+、Y3+可作為上轉(zhuǎn)換材料的或。 34 可以通過選擇，添加適當(dāng)?shù)?，對Eu2+的影響，制備出特定波長的新型熒光體，提高熒光體的發(fā)光效率，故這類具有廣泛的應(yīng)用。 35 常見的可作為基質(zhì)材料的稀土化合物有、和等，也可以稀土與過渡元素共同構(gòu)成的化合物作為基質(zhì)材料(如YVO4)。 36 將適當(dāng)選擇的(、)按不同比例合成，可引起不同的彩色感覺； 37 合成的彩色決定于，其決定于；三種基色，任一種基色不能由其他兩種基色配出。 38 稀土發(fā)光材料的一大應(yīng)用領(lǐng)域便是，的產(chǎn)量在所有熒光粉中占據(jù)首位。 主要分為兩大類：發(fā)光光源；發(fā)光光源。 39 與相比，具有顯著的優(yōu)點，例如，不受燈絲熔點的限制；輻射光譜可以選擇；發(fā)光效率遠遠超過熱輻射光源；壽命長，可達幾萬小時；而且在使用壽命期間光輸出的維持性能好。 40 在特定條件下(例如強電場，光輻射、粒子轟擊和高溫加熱等)，氣體分子將發(fā)生電離，產(chǎn)生可自由移動的，在電場作用下形成電流。這種稱為。 41 在中，存在著各種中性粒子和帶電粒子，它們之間存在著復(fù)雜的相互作用，不斷地從電場中，并通過各種相互作用把給其他粒子。當(dāng)這些自發(fā)返回基態(tài)時，。 42 此外，電離氣體中，在離子場中的減速，也都會。因而，總是伴隨著，利用這一原理制成的光源稱為。 43 44 統(tǒng)稱為。按蒸氣壓的不同，分為低壓汞燈和高壓汞燈，若在這兩種燈的外殼內(nèi)壁，就稱為和。 45 1949年出現(xiàn)了性能優(yōu)異的的(鹵粉)，其量子效率較高，穩(wěn)定性好，原料易得，價格便宜，而且可以通過獲得、和的輸出，這些突出的優(yōu)點使它一直沿用至今。 46 電子轟擊H g使其放出紫外線(25.07nm, 185nm) 紫外線使Sb3+, Mn2+ 激發(fā)處于激發(fā)態(tài)的Sb3+和Mn2+返回基態(tài)時發(fā)出光 (Sb3+為490nm, Mn2+為185nm)，二者的光譜范圍都較寬，幾乎遍及整個可見光譜范圍 一種白色光。 47 （1977年獲得美國重大技術(shù)發(fā)明獎）發(fā)藍光 (峰值450nm) 的銪激活的多鋁酸鋇鎂 (BaMg2Al16O27：Eu2+)發(fā)綠光 (峰值543nm) 的鈰、鋱激活的多鋁酸鎂 (MgAl11O19：Ce3+, Tb3+)發(fā)紅光 (峰值611nm) 的銪激活的氧化釔 (Y2O3：Eu3+) 48 三種成分按一定比例混合，可以制成為25006500K的任意光色的熒光燈，達80lm/w以上，平均顯色指數(shù)達85。 49 將Y2O3和Eu2O3按一定比例混合后溶于6mol/L鹽酸，濾去不溶物，加熱近沸，以溫度約95的15草酸進行沉淀。 50 23h后過濾，洗滌沉淀至近中性，烘干。在850900加熱，使之分解為 (Y, Eu)2O3的混合物。將混合物置于坩堝中，在12501300下灼燒35h，經(jīng)選粉、過篩，得成品。 51 52 是最早的。低壓汞燈中汞蒸氣壓極小，不足133Pa；而高壓汞燈的汞蒸氣壓為低壓汞燈的數(shù)千倍，普通高壓汞燈的蒸氣壓大約在0.21MPa。 53 主要產(chǎn)生254nm和185nm，很微弱；在中，原子密度高，原子間相互作用大，造成所謂壓力加寬、碰撞加寬等現(xiàn)象，以致404.9mn(紫)、435.8nm(藍)、546.1nm(綠)、577.0579.Onm(黃)等。 54 在高壓汞燈的中，太少，僅占總可見輻射的1，與日光中的紅光比例(約12)相差甚遠。因此，高壓汞燈的光色顯，顯色指數(shù)低，僅為25，被照物體不能很好地呈現(xiàn)原有的顏色，不宜用于對照明要求較高的場所。 55 YVO4：Eu3+ ；Y(V, P)O4：Eu3+ ；Y2(V, B)2O8：Eu3+ ；(Y, Eu, Bi)(VO4)(BO3)(PO4) 56 簡稱，又稱。它是一類吸收太陽光或人工光源所產(chǎn)生的光發(fā)出可見光，而且在激發(fā)停止后仍可的物質(zhì)。 57 具有利用，的特點，是一種。 58 不消耗電能，但能把吸收的天然光等儲存起來，在較暗的環(huán)境中呈現(xiàn)出明亮可辨的，具有，可起到指示照明和裝飾照明的作用，是一種“綠色”光源材料。 59 尤其是的余輝時間可達12h以上，具有白晝蓄光、夜間發(fā)射的長期的特點，有著廣泛的應(yīng)用前景。 60 是研究和應(yīng)用最早的發(fā)光材料，有關(guān)它的研究已有140多年的歷史。常用的主要是和熒光體。 61 最近一些年來，稀土激活的和成為長余輝材料的主體，代表了長余輝材料研究開發(fā)的發(fā)展趨勢。 62 硫化物長余輝材料的主要是。 63 長余輝材料的發(fā)光顏色較為豐富，尤其是是其他基質(zhì)長余輝材料尚無法實現(xiàn)的。 ZnS：Eu2+ ；SrS：Eu2+, Er3+ ；Ca1-xSrxS：Eu2+, Dy3+, Er3+ 64 稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料是指以為基質(zhì)，等中重稀土的離子為的發(fā)光材料。 65 稀土激活的堿土鋁酸鹽長余輝材料主要有SrAl2O4：Eu2+SrAl2O4：Eu2+ ， Dy3+Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+ CaAl2O4：Eu2+，Nd3+等。 66 它們發(fā)射從到的光，峰值分布在范圍，發(fā)光亮度高，余輝時間長，有文獻報道，樣品在暗室中放置50h后仍可見清晰的發(fā)光。 67 在中，研究最多、應(yīng)用最普遍的是SrAl2O4：Eu2+, Dy3+ 。由日亞公司開發(fā)的Sr4Al14O25：Eu2+，Dy3+，其發(fā)射主峰在490nm，與人眼暗視覺峰值接近，具有目前最長的余輝時間，為SrAl2O4：Eu2+, Dy3+的兩倍。 68 將長余輝材料制成發(fā)光涂料、發(fā)光油墨、發(fā)光塑料、發(fā)光纖維、發(fā)光紙張、發(fā)光玻璃、發(fā)光陶瓷、發(fā)光搪瓷和發(fā)光混凝土可用于安全應(yīng)急、交通運輸、建筑裝潢、儀表、電氣開關(guān)顯示以及日用消費品裝飾等諸多方面。 69 長余輝材料及其制品用于，如消防安全設(shè)施、器材的標(biāo)志，救生器材標(biāo)志、緊急疏散標(biāo)志、應(yīng)急指示照明和軍事設(shè)施的隱蔽照明。 70 如日本將用于某些特殊場合的。據(jù)報道，在美國“9.11”事件中在人員疏散過程中起了重要的作用。利用含長余輝材料的纖維制造的發(fā)光織物，可以制成消防服、救生衣等，用于緊急情況。 71 在，長余輝材料用于，如路標(biāo)、護欄、地鐵出口、臨時防護線等；在飛機、船舶、火車及汽車上涂以長余輝標(biāo)志，目標(biāo)明顯，可減少意外事故的發(fā)生。美國利用，制成夜間在道路上執(zhí)勤人員的衣服。 72 長余輝材料用在方面，可以室內(nèi)外環(huán)境，簡便醒目，節(jié)約電能。英國一家公司將涂于樓道，白晝儲光，夜間釋放光能，長期循環(huán)以。還可用于、夜間或黑暗環(huán)境需要顯示部位的指示，如暗室座位號碼、電源開關(guān)顯示。 73 長余輝材料還可用于、的指示，如發(fā)光工藝品、發(fā)光玩具、發(fā)光漁具等。德國利用印刷，在無照明的情況下仍然可以閱讀。 74 所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，其制品的種類很多。其中發(fā)光涂料、油墨、塑料、纖維等制品的制備方法主要是把攙雜于中，工藝比較簡單，長余輝材料不經(jīng)受高溫處理。 75 長余輝、和的制造工藝較為復(fù)雜，主要是因為在這些制品的制造過程中需要進行。 76 盡管本身就是一種功能陶瓷材料，但它的是有一定限度的，的影響很大，隨著灼燒溫度的升高，發(fā)光亮度急劇下降，甚至發(fā)生熒光猝滅。