浅谈长余辉发光材料发光机理研究

覃锦兰

（广州工程技术职业学院石化工程系，广东广州 510900）

浅谈长余辉发光材料发光机理研究

覃锦兰

（广州工程技术职业学院石化工程系，广东广州 510900）

长余辉发光材料亦称之为磷光材料，是一种重要的发光材料，在工农业、消防、日常生活中都发挥着重要的作用。简述长余辉发光材料的研究进展，介绍长余辉发光材料的最新研究成果，剖析长余辉发光材料发光机理，对长余辉发光材料有着积极的研究参考作用。

长余辉发光材料；发光机理；余辉

长余辉发光材料，亦称之为磷光材料，是指材料被光激发停止后，材料依然发光的一种材料。长余辉发光材料实际上是一种能在吸收光能的同时把光能量存储起来，等光激发停止后，还能继续把这些光能量慢慢释放出来，持续的时间可以是短短的几分钟也可以是长达几十个小时。长余辉发光材料是常见的发光材料，应用非常广泛，如环卫工人的工作服，发光涂料、发光塑料、发光玻璃和发光陶瓷等夜光产品，背光显示、甚至应用于生物医学检测探针，对我们日常生活也发挥着非常重要的作用。

余辉其实就是在撤去光源后发出的光，这种现象在我们古代的时候就有发现，比如说夜光杯或是夜明珠在夜间发出的夜光，但那时候人们并没有对这种现象进行深入的研究，直到20世纪初，第二次世界大战军事和防空的需要，进一步促进了这种功能材料的研究和应用。在1866年，法国化学家Theodore Sidot初次成功制备了ZnS：Cu，该晶体经过激发光源后，能发出长余辉。这种晶体的成功制备是长余辉发光材料的一个里程碑，大大地激发着科研人员进一步研究长余辉发光材料，也就是从20世纪初，长余辉得到了迅猛的发展。

长余辉发光材料为什么能够存储光能，它是怎么存储怎么释放的呢？这个问题一直都是长余辉研究者面对的难题，因为这里面涉及到了长余辉发光材料的发光机理。对于长余辉的发光机理，很早就有人提出疑问，只是由于长余辉材料的多样性，加上材料中所存在陷阱的复杂性和现阶缺乏有效的段测试手段，长余辉发光材料的机理研究一直取不到较大的进步，到现阶段为止，国内外的研究者也都还没有承认任何一个长余辉发光机理的模型，大家都是莫衷一是，即便如此，以下这几个模型还是得到大多数研究者的承认的。一：空穴转移模型：以SrAl2O4：Eu2+，Dy3+黄绿色的长余辉发光材料为研究对象。SrAl2O4：Eu2+，Dy3+是一种典型的长余辉发光材料，从它发现到现在，国内外研究人员对它进行了前赴后继的研究，特别是在其发光机理上面。当激发停止后，空穴马上热致逃逸，Dy4+所俘获的空穴重新释放到价带上面去，理论上空穴可以在价带中自由移动，当遇到激发态的Eu+时会与Eu+发生复合，从而产生Eu2+的特征长余辉发光（2.38 eV）。其实整个过程就是光激发产生空穴，空穴迁移然后再复合，产生长余辉发光。空穴转移模型的合理性至今还有人在商讨，因为没有仪器能检测出Eu+是否真的存在。其次是Dy4+的出现，严格来说，Dy3+是属于性能较稳定的三价的镧系元素，仅仅是光照条件下，很难让Dy3+转变成为Dy4+。二：位型坐标模型：针对空穴转移模型所存在的不足，位型坐标模型也被越来越多人所承认。就拿Eu2+来做示例；用一曲线A代表着Eu2+的基态，曲线B代表着Eu2+的激发态，曲线C代表着Eu2+的陷阱，E代表着陷阱能级，陷阱的产生与掺如的稀土元素有关，在高温条件下，稀土元素取代原有的金属元素的时候，晶格畸形也会随即产生，就会形成陷阱。当Eu2+收到光（紫外光，红外光等）的激发的时候，会吸收能量，跃迁到激发态。在激发态的Eu离子从激发态直接到基态，发出荧光。同时也有一部分通过弛豫过程存储到了陷阱里面，等到外界提供一定量的能量的时候，存储在陷阱里面的离子会重新释放出来后，从激发态到基态跃迁，最后形成长余辉发光。长余辉发光材料的余辉时间能持续多久，取决于陷阱里面所捕获的离子的密度和释放的速度；余辉时间的强弱则取决于缺陷捕获电子在单位时间内返回激发态能级的数量。而对于陷阱能级（E），则是取决材料能否产生长余辉发光的重要因素，如果陷阱能级太小的话，则很难区分是发荧光还是长余辉，如果陷阱太深，则里面所捕获的电子很难被重新释放出来。也就是说，只有合适的陷阱能级，才能观察到长余辉现象。三：氧空位模型认为，MeAl2O4：Eu2+，Re3+的长余辉发光与晶体内部的晶格缺陷相关。因为在合成过程中，运用了弱的还原气氛作为保护气氛，在高温条件下导致晶格中形成O2-空位V0，这个空位V0带有两个单位的正电荷，会对晶体场中的电子具有库仑引力，可以俘获电子。当长余辉发光材料受光激发（紫外，红外，可见光）的时候，Eu2+的基态4f7电子向激发态4f65d1跃迁。

长余辉发光材料在现实生活中有着非常广泛的应用。在环卫工人的衣服，警察，危险地带等经常用的警示标志等都是用长余辉发光材料制成的。此外，还可以将它制成发光釉面砖、发光陶瓷、发光塑料、发光油墨、发光布料、发光纸等，装饰日常生活用品，美化人们的生活，增加生活的乐趣。研究和开发这种很有发展前途的发光材料，是当今科研工作的热门课题。

［1］ 孙家跃，杜海燕，胡文祥.固体发光材料［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］ 刘应亮，丁红.长余辉发光材料研究进展［J］.无机化学学报，2001，17（2）：181.

［3］ 罗昔贤，于晶杰，林广旭，等，长余辉发光材料研究进展［J］.发光学报，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

覃锦兰（1988—），女，广西平南人，初级教师，主要研究方向为化学。