新型光电材料-4光致发光材料---副本

新型光电材料光致发光材料光致发光材料发光物质被电磁辐射激发，电子能量进入激发态，电子能量回到基态时发出光。光致发光光致发光过程基质：是激活剂的容身之所，一般不参与发光过程激活剂（激活离子、发光中心）：接受激发并发光（杂质或人为掺入的杂质）敏化剂：吸收激发光子，并传递能量给激活剂光致发光材料并非所有物质都发光发光中心光致发光材料稀土离子三价稀土f-f跃迁发光稳定受基质影响小，线状光谱色纯度高二价稀土f-d跃迁发光谱宽，易受基质影响发光中心光致发光材料过渡金属离子常用过渡金属发光中心Cr3+Mn4+Mn2+V3+Ti2+Cr3+Cu+Ag+Cr3+发光玻璃过渡金属能级在晶体场中的变化Cr3+在不同基质中的发光受到基质的影响大，受周围的配位环境、晶体场强度影响强烈发光情况复杂可以通过调整基质来明显改变发光吸收激发能量的方式光致发光材料只有吸收能量后发光物质才能产生光辐射基质、激活剂对激发光的吸收发光中心对激发光的吸收吸收激发能量的过程光致发光材料位形坐标：位形、振动、能量、吸收带宽之间的关系一般而言ΔR越大，吸收带越宽辐射跃迁发射光致发光材料自发辐射发生的过程斯托克斯位移发射峰宽的产生荧光衰减与发光（能级）寿命单一发光中心的荧光衰减光致发光材料辐射跃迁发射停止激发后，当位于上能级的电子数与跃迁开始时上能级电子数的比值等于1/e时，此时自发辐射发生时间τ为上能级寿命能级寿命表征了电子待在能级上的概率I(t)=I0exp(-t/τ)余辉光致发光材料辐射跃迁发射停止激发后仍能长时间观察到发光的现象余辉的时间与材料中缺陷能级的性质有关余辉由几分钟至数小时不等长余辉发光的过程：载流子的俘获与延迟释放热释光光致发光材料辐射跃迁发射固体被加热时表现出的一种发光现象热释光与热辐射有本质区别：热释光是在热激励下释放出材料本来吸收的能量的过程。热释光材料受热发光完成冷却下来后，若不再次受到光源激发则再次加热时不会发光。陷阱的深度决定了热释光发生的温度能量的传递与输运能量传递与输运：将吸收的激发能量传输到材料的其他位置激发基质或者敏化剂，观察到发光中心的发光，基质或敏化剂的发光却很弱，由此推出，能量被转移给了发光中心。能量传递是激发中心将能量一部分或全部转交给另一中心（发光中心或猝灭中心）能量输运则是通过载流子的移动转移能量再吸收共振能量传递载流子的运动激子的运动光致发光材料无辐射驰豫与发光的猝灭从激发态返回基态并非完全由辐射方式进行，还可以通过非辐射的方式回到基态。没有以辐射形式而发出的能量散失在晶格中。在现实世界中，发光材料受到激发后往往既发生辐射跃迁，也发生无辐射驰豫发光材料荧光猝灭的原因1.晶格中的缺陷俘获了激发能量或发生非辐射复合2.光致电离，电离后的电子与其他位置的空穴非辐射复合3.发光中心与基质的耦合4.多声子驰豫光致发光材料常用无机光致发光材料光致发光材料荧光粉YAG:Ce荧光粉Y3Al5O12（简称YAG）具有石榴石的结构属于立方晶系。在YAG:Ce中共掺其它稀土离子，如Pr3+、Sm3+、Eu3+等，可增加YAG:Ce的红色或绿色发射成分，从而在一定程度上改善白光LED的显色性。常用无机光致发光材料光致发光材料荧光粉硫化物与硫氧化物荧光粉Y2O2S:Eu3+是目前的商用红色荧光粉。然而硫化物与硫氧化物荧光粉的发光效率不够高，并且化学性质却不够稳定，易水解并容易产生有害气体SO2，会对人体与环境产生危害，使用寿命短。常用无机光致发光材料光致发光材料荧光粉氮化物与氮氧化物荧光粉Sr[LiAl3N4]:Eu2+荧光粉在350-550nm有宽的激发带，而其发射带在625-700nm相对较窄的范围之内。氮化物荧光粉一般具有良好的热稳定性。在紫外与蓝光范围有较好的激发，可以很好地匹配GaN或InGaN芯片。但是氮化物荧光粉制备困难，往往需要高温高压等特殊条件，这使得这种荧光粉的制备成本很高，不利于商业化生产。此外部分氮化物荧光粉在蓝绿波段吸收较高，造成重吸收，在白光发光中降低了效率。常用无机光致发光材料光致发光材料荧光粉含氧酸盐荧光粉通常这类荧光粉具有易于制备、原料来源丰富、工艺适应性广泛、制备成本低、稳定性高等特点。含氧酸盐荧光粉往往可以通过基质阴离子团的电荷迁移态来吸收在紫外区能量。常用无机光致发光材料光致发光材料发光晶体Yb:YAGNd:YAGNd:YVO4Er:LiLuF4常用无机光致发光材料光致发光材料发光玻璃与微晶玻璃、陶瓷碲酸盐玻璃中的YAG：Mn4+无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉高温固相法混合、均化原料——原料烧成（固相反应）——粉碎(1)固相界面的扩散。(2)原子尺度的化学反应。(3)新相形成。(4)固相的输运及新相的长大。将反应物研磨并充分混合均匀，可增大反应物之间的接触面积，使原子或离子的扩散输运比较容易进行，以增大反应速率。易于大规模生产需要研磨，材料内部缺陷多、能耗高无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉溶胶凝胶法溶胶-凝胶法的基本过程就是将无机盐和金属醇盐或其他有机盐溶解在水或有机溶剂中形成均匀溶液，溶质与溶剂产生水解、醇解或螯合反应，反应生成物聚集成1nm左右的离子并形成溶胶，后者经蒸发干燥转变为凝胶，凝胶经过干燥、热处理等过程转变成最终想要得到的产物。可获得微纳粉，无研磨，均匀性好，产品纯度高，合成温度低原料价格高，毒性无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉沉淀法通过溶质从均匀溶液中的沉淀来制备无机和有机粉体的方法称为沉淀法。其析出过程与溶质在溶剂中的浓度，pH值和温度等因素密切相关，通过调节pH值和温度等参数可以控制沉淀物的状态。后期经过干燥或热处理得到荧光粉。反应温度低、样品纯度高、颗粒均匀、粒径小、分散性好制备复杂的多组分体系可能会存在一些问题无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉水热法水热法主要是将称量的反应混合物溶解后，转入高压反应釜中，恒温箱中恒温数小时，使原料在反应釜中反应、结晶，再将样品转入蒸发皿内蒸干而得荧光粉的方法。合成温度低、条件温和、结晶度好、体系稳定结晶动力学过程复杂，需要工艺探索无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉微波法、燃烧法将反应物制成可燃前驱体，在微波或高温的作用下点燃，在燃烧过程中放热且进行反应获得荧光粉的方法。快速、省时、耗能少、操作简便、颗粒细小缺陷多、反应快速但结晶性不佳、气体污染、原料损失无机发光材料的制备光致发光材料荧光粉喷雾热解法可以制成理想的球型形貌荧光粉适宜工业生产缺陷多、反应快速但结晶性不佳、气体污染、原料损失无机发光材料的制备光致发光材料晶体提拉法原料制备引晶缩颈放肩等径收尾适宜工业生产，关键在于温度场控制、生长速度与转速的控制。无机发光材料的制备光致发光材料晶体坩埚沉降法适宜工业生产，关键在于温度场控制、沉降速度控制、抑制多晶生成。无机发光材料的制备光致发光材料玻璃与陶瓷熔融法制备玻璃固相反应——熔融形成玻璃液——淬冷形成玻璃微晶玻璃玻璃退火析晶法、烧结法陶瓷烧结，等静压烧结