发光材料
红外材料 激光材料 光色材料
一、发光材料
1. 概述
发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射 的过程
光子是固体中的电子在受激高能态返回较低能态 时发射出来的 当发出光子的能量在1.8 ~ 3.1 eV时，便是可见光
1.24 E (keV) h h (nm)
c
平衡辐射和非平衡辐射
光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类： 平衡辐射的性质只与辐射体的温度和发射本领有 关，又称为热辐射 非平衡辐射是在外界激发下物体偏离了原来的热 平衡态，继而发出的辐射
热辐射与温度的关系
发光材料（非平衡辐射）的晶格
发光材料的晶格要具有结构缺陷或杂质缺陷，材 料才具有发光性能 结构缺陷是晶格间的空位等晶格缺陷，由其引起 的发光称为自激活发光 如果在基质材料中有选择地掺入微量杂质在晶格 中形成杂质缺陷，由其引起的发光叫激活发光
固体吸收能量后，激发态的寿命极短，一般大约 仅10−8s就会自动回到基态而放出光子 ——这种发光现象称为荧光，撤去激发源后，荧光 立即停止，延迟发射 < 10−8 s 被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光，这 种发光现象称为磷光 ——延迟发射 > 10−8 s
根据余辉时间的长短可以把发光材料分为： 超短余辉：< 1 s 短余辉：1~10 s 中短余辉：10−2~1 ms 中余辉：1~100 ms 长余辉：0.1~1 s 超长余辉：> 1 s
线谱：半宽度0.1nm，如GdVO4: Eu3+
Y2O2S: Tb3+的线状发射光谱 ——这种材料由于同时可发绿色和蓝色光，常被选 作黑白电视显像材料。
2）发光强度
发光强度是随激发强度而变的，通常用发光效率 来表征材料的发光能力
发光效率也同激发强度有关 ——激发强度较大，一般不发光或发光很弱的材料 也可发出可觉察的光或较强的光。
发光效率有三种表示方法： 量子效率：发光的量子数与激发源输入的量子数 的比值 能量效率：发光的能量与激发源输入能量的比值
光度效率：发光的光度与激发源输入能量的比值
3）发光寿命
发光体在激发停止之后持续发光时间的长短称为 发光寿命（荧光寿命或余辉时间） 一般约 定，从 激发停 止时的 发光强 度 I0 衰减 到 I0/10的时间称为余辉时间 发光最初分为荧光及磷光两种 ——当时对发光持续时间很短的发光无法测量，才 有这种划分法。
光学材料
Optical Materials
光是电磁波，其颜色由它们的波长（单位：cm 或nm）决定 ——可见光的波长大约在400 ~ 700 nm之间。 光速C等于波长和频率（单位：s–1）的乘积： C =
光学材料是用来制作光学零件的材料，如玻璃、 光学晶体、光学塑料等，包括： 光纤材料
3. 阴极射线发光材料
阴极射线发光是在真空中从阴极出来的电子经加 速后轰击荧屏所发出的光 ——发光区域只局限于电子所轰击的区域附近。 使用阴极射线发光材料时应考虑它的亮度及影响 亮度的几个因素
还必须考虑另外两个重要特性：发光颜色及衰减
——如对于必须保证特定颜色的彩色电子束管，一 般要牺牲一定的亮度。
——掺入的微量杂质一般充当发光中心，称激活剂。
——实际应用的发光材料大多是激活型发光材料。
发光材料的化学成分表示形式：MR: A MR为发光材料的基质 A为激活剂 例如：ZnS: Cu
被激发和去激发可能的过程
发光是去激发的一种方式，晶体中电子的被激发 和去激发互为逆过程 ——被激发和去激发可能在价带、导带和缺陷能级 中任意两个之间进行： 价带与导带之间
早期的荧光粉是MgWO4与(Zn, Be)2SiO4: Mn2+ 1949 年，出现了锰、锑激活的卤磷酸钙荧光粉 3Ca3(PO4)2· Ca(F, Cl)2: Mn, Sb（卤粉） 量子效率较高、稳定性好、原料易得、价格便宜 而且可以通过调整配方比例获得冷白、暖白和日 光色的输出 ——这些突出的优点使它一直沿用至今。
荧光灯发光原理
电子轰击Hg使其激发 受激Hg放出紫外线 紫外线使荧光粉中的Sb3+、Mn2+激发 处于激发态的Sb3+和Mn2+返回基态时发出光 ——二者的光谱范围都较宽，几乎遍及整个可见光 谱范围（一种白色光）。
发彩色光荧光粉
发红光的荧光粉——Y2O3: Eu3+ 发绿光的荧光粉—— MgAl11O19: Ce3+, Tb3+ 发蓝光的荧光粉——BaMg2Al16O27: Eu2+
—— 飞点扫描管要求发光的上升及衰减都很快，约 ＜ 10−7s ，从发光中心看， Ce2+可满足这个要求。 ——Y2SiO3: Ce、Y3A15O12: Ce及它们的混合物的余 辉约为10−7~10−8s。
发光材料分类
根据发光的类型，可把发光材料分为： 光致发光材料
阴极射线发光材料
场致发光材料 发光二极管 X射线发光材料 等离子体发光
பைடு நூலகம்
2. 光致发光材料
光致发光是指通过较高能量的光辐射（如紫外光） 将材料中的电子激发到高能态从而导致发光 ——如可用于荧光灯的荧光粉，荧光粉涂在充满汞 的玻璃管内侧。
长余辉发光材料
长余辉发光材料是一种通过环境光激发出可见光， 而且在激发停止后仍可继续发光的物质 ——简称长余辉材料，又称夜光材料。 常用的传统长余辉材料主要是硫化锌和硫化钙荧 光体
——长余辉材料不消耗电能，但能把吸收的环境光 储存起来，在较暗环境中呈现出明亮可辨的可 见光，具有照明功能，可起到指示照明和装饰 照明的作用，是一种“绿色”光源材料。
价带与缺陷能级之间
缺陷能级与导带之间 两个不同能量的缺陷能级之间
材料发光的基本性质 1）发射光谱（颜色）
发射光谱是指在一定的激发条件下发射光强按波 长的分布 ——材料的发光光谱可分为下列3种类型： 宽带：半宽度100nm，如CaWO4 窄带：半宽度50nm，如Sr2(PO4)Cl: Eu3+