發光材料

發光材料是指能夠以某種方式吸收能量，將其轉化成光輻射（非平衡輻射）的物質材料。物質內部以某種方式吸收能量，將其轉化成光輻射(非平衡輻射)的過程稱為發光。

在實際套用中，將受外界激發而發光的固體稱為發光材料。它們可以粉末、單晶、薄膜或非晶體等形態使用，主要組分是稀土金屬的化合物和半導體材料，與有色金屬關係很密切。

基本介紹

• 中文名：發光材料
• 外文名：Luminescent materials
• 拼音：fa guang cai liao
• 轉化作用：轉化成光輻射（非平衡輻射）物質
• 結構：Y2O3、Eu2O3、Gd2O3等
• 分類：光致發光、陰極射線發光等

原理

1、當某種物質受到激發（射線、高能粒子、電子束、外電場等）後，物質將處於激發態，激發態的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分的能量是位於可見、紫外或是近紅外的電磁輻射，此過程稱之為發光過程。

2、發光就是物質在熱輻射之外以光的形式發射出多餘的能量，這種發射過程具有一定的持續時間。

結構

高純稀土氧化物Y2O3、Eu2O3、Gd2O3、La2O3、Tb4O7等製成的各種螢光體，廣泛套用於彩色電視機、彩色和黑白大螢幕投影電視、航空顯示器、X射線增感屏,以及用於製作超短餘輝材料、各種燈用螢光粉等。

半導體發光材料有ZnS、CdS、ZnSe和GaP、GaAs1-xPx、GaAlAs、GaN等。主要用於製造各色大中型數字元號、圖案顯示器、數字顯示鐘、X 射線圖像增強屏和長壽命各色發光二極體、數碼管等。可見光發光二極體，因顯示回響速度快而廣泛套用於儀表、計算機，年產量成倍增長，不斷取代其他顯示器件

分類

發光材料的發光方式是多種多樣的，主要類型有：光致發光、陰極射線發光、電致發光、熱釋發光、光釋發光、輻射發光等。

無機材料

無機螢光材料的代表為稀土離子發光及稀土螢光材料，其優點是吸收能力強，轉換率高，稀土配合物中心離子的窄帶發射有利於全色顯示，且物理化學性質穩定。由於稀土離子具有豐富的能級和 4f 電子躍遷特性，使稀土成為發光寶庫，為高科技領域特別是信息通訊領域提供了性能優越的發光材料。至21世紀初，, 常見的無機螢光材料是以鹼土金屬的硫化物（如 ZnS、CaS）鋁酸鹽（SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4）等作為發光基質，以稀土鑭系元素[銪(Eu) 、釤( Sm) 、鉺(Er) 、釹(Nd)等] 作為激活劑和助激活劑。

無機螢光體的傳統製備方法是高溫固相法，但隨著新技術的快速更新，發光材料性能指標的提高需要克服經典合成方法所固有的缺陷，一些新的方法應運而生，如燃燒法、溶膠—凝膠法[、水熱沉澱法、微波法等。

有機材料

在發光領域中，有機材料的研究日益受到人們的重視。因為有機化合物的種類繁多，可調性好，色彩豐富，色純度高，分子設計相對比較靈活。根據不同的分子結構，有機發光材料可分為：(1) 有機小分子發光材料；(2) 有機高分子發光材料；(3) 有機配合物發光材料。這些發光材料無論在發光機理、物理化學性能上，還是在套用上都有各自的特點。

有機小分子發光材料種類繁多，它們多帶有共軛雜環及各種生色團，結構易於調整，通過引入烯鍵、苯環等不飽和基團及各種生色團來改變其共軛長度，從而使化合物光電性質發生變化。如惡二唑及其衍生物類，三唑及其衍生物類，羅丹明及其衍生物類，香豆素類衍生物，1,8-萘醯亞胺類衍生物，吡唑啉衍生物，三苯胺類衍生物，卟啉類化合物，咔唑、吡嗪、噻唑類衍生物，苝類衍生物等。它們廣泛套用於光學電子器件、DNA診斷、光化學感測器、染料、螢光增白劑、螢光塗料、雷射染料[7]、有機電致發光器件(ELD)等方面。但是小分子發光材料在固態下易發生螢光猝滅現象，一般摻雜方法製成的器件又容易聚集結晶，器件壽命下降。因此眾多的科研工作者一方面致力於小分子的研究，另一方面尋找性能更好的發光材料，高分子發光材料就應運而生了。

有機高分子光學材料通常分為三類：

(1) 側鏈型：小分子發光基團掛接在高分子側鏈上，

(2) 全共軛主鏈型：整個分子均為一個大的共軛高分子體系，

(3) 部分共軛主鏈型：發光中心在主鏈上，但發光中心之間相互隔開沒有形成一個共軛體系。二十一世紀初以來，所研究的高分子發光材料主要是共軛聚合物，如聚苯、聚噻吩、聚芴、聚三苯基胺及其衍生物等。還有聚三苯基胺，聚咔唑，聚吡咯，聚卟啉[8]及其衍生物、共聚物等，在二十一世紀初，研究得也比較多。

還可以把發光基團引入聚合物末端或引入聚合物鏈中間，Kenneth P. Ghiggino等把螢光發色團引入 RAFT 試劑，通過 RAFT 聚合，把螢光發色團連在聚合物上。

從以上的各種發光聚合物中可以看出，多數是主鏈共軛的聚合，主鏈聚合易形成大的共軛面積，但是其溶解性、熔融性都降低，加工起來比較困難；而把發光基團引入聚合物末端或引入聚合物鏈中間時，又只有端基發光，分子量不會很大，若分子量很大，則發光基團在聚合物中含量低，螢光很弱。而側鏈聚合物發光材料，是對主鏈共軛聚合物的有力補充。

3． 自發光體 這種材料經常被當作光致發光物體。自發光物體在黑暗中可發光，但事先不需要暴露在日光下。這些材料通常作為錶盤上的發游標記以及用於長期發光的物體的製作，它們含有放射性元素。

4． 磷光物體 由於含有磷元素而發光，這種材料也經常被當成光致發光材料。

套用

1． 反光材料 這種材料可以將照在其表面上的光迅速地反射回來。材料不同，反射的光的波長範圍也就不同。反射光的顏色取決於材料吸收何種波長的光並反射何種波長的光，因此必須要有光照在材料表面，材料表面才能反射光，如各種執照牌、交通標誌牌等。光致發光材料是向外發光，而不是反射光。

2． 螢光材料 吸收一定波長的光，立刻向外發出不同波長的光，稱為螢光，當入射光消失時，螢光材料就會立刻停止發光。更確切地講，螢光是指在外界光照下，人眼見到的一些相當亮的顏色光，如綠色、橘黃色、黃色，人們也常稱它們為霓虹光。

螢光材料分無機螢光材料和有機螢光材料。

發光材料的套用： 光致發光粉是製作發光油墨、發光塗料、發光塑膠、發光印花漿的理想材料。發光油墨不但適用於網印各種發光效果的圖案文字，如標牌、玩具、字畫、玻璃畫、不乾膠等，而且因其具有透明度高、成膜性好、塗層薄等特點，可在各類浮雕、圓雕（佛像、瓷像、石膏像、唐三彩）、高分子畫、燈飾等工藝品上噴塗或網印，在不影響其原有的飾彩或線條的前提下大大提高其附加值。發光油墨的顏色有：透明、紅、藍、綠、黃等。

光致發光材料在安全方面上的套用是其最為普遍的。在安全方面，光致發光材料可用作安全出口指示標記、撤離標記等。在用作這些標記時，光致發光材料一定要經過嚴格檢測，確保它們符合安全標準。光致發光材料套用在安全方面與裝飾品或其它小物品上不同，要求發光材料保持最亮的光照度和持續時間長的照明。