发光材料的发光机理以及各种发光材料的研究进展精.pdf

中级物理化学实验 发光材料的发光机理以及各种发光材料的研究进展 罗志勇 20042401143 摘要： 发光材料种类繁多，自然界中很多物质都具有不同程度的发光现象。本文通过按照不 同的发光机理，将现在常见的发光物质进行分类，并介绍他们的发展与研究进展。 关键词： 发光材料 发光机理 进展 1.前言 物质的发光可由多种外界作用引起，如电磁辐射作用、电场或电流的作用、化学反应、 生物过程等等。根据不同的发光原因，可以将发光材料分为光致发光材料、电致发光材料、 化学发光材料等等。发光材料涉及了无机和有机功能材料和固、液、气三种聚集状态，所以 又可以将发光材料分为无机固体发光材料和有机发光材料等等。现在人们研究得比较深入的 有有机电致发光材料、有机光致发光材料、有机偏振发光材料、稀土高分子发光材料、无机 电致发光材料、纳米稀土发光材料等等。不同的发光材料可以应用于各种光源、显示器等现 代显示技术之中。 2.发光材料的发光机理 2.1 光致发光材料发光机理 光致发光材料是指在一定波长的光照射，材料分子中基态电子 (主要是 π电子和 f 、d 电 子)被激发到高能态，电子从高能态回到激发态时，多余的能量以光的形式散发出来，达到发 光的目的。这种发光材料称为荧光材料，大部分的稀土发光材料均以这种方式发光，原因是 稀土元素基本都具有 f 电子，并且 f 电子的跃迁方式多样，因此稀土元素是一个丰富的发光 材料宝库。 2.2 电致发光材料发光机理 电致发光是在直流或交流电场的作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象，也 称场致发光。电致发光的机理有本征式和注入式两种。本征式场致发光是用交变电场激励物 质，使产生正空穴和电子。当电场反向时，那些因碰撞离化而被激发的电子，又与空穴复合 而发光。注入式场致发光是指 n-型半导体和 p-型半导体接触时，在界面上形成 p-n 结。由于 电子和空穴的扩散作用，在 p-n 结接触面的两侧形成空间电荷区，形成一个势垒，阻碍电子 和空穴的扩散。 n 区电子要到达 p 区，必须越过势垒；反之亦然。当对 p-n 结施加电压时会使 势垒降低。这样能量较大的电子和空穴分别进入 p 区和 n 区，分别同 p 区的空穴和 n 区的电 子复合。同时以光的形式辐射出多余的能量。 2.3 化学发光材料发光机理 第 1 页 共 5 页 中级物理化学实验 化学发光是指把化学反应释放的能量直接转变成光。也就是通过化学反应释放的能量使 物质达到激发态后，进而再通过辐射失活回到基态并同时发光。化学发光的量子效率较低， 通常不超过 20%。常见的化学发光物质就是含有邻二氧杂环丁烷、邻二氧杂环丁酮或其他过 氧桥环结构的化合物。 2.4 等离子体发光材料发光机理 等离子体是含有足够数量的带电粒子，有较大的电导率，其运动主要受电磁力支配的物 质状态。当气体的电子得到足够的能量之后，可完全脱离原子，产生的高速电子又会撞击中 性粒子使之电离。 相反的过程则是两种带电粒子的复合， 在复合过程中以光的形式释放能量。 等离子体发光材料主要是稀有气体，基本是以氖气为基质，另外掺一些其他气体如氦和氩。 3 发光材料的应用与研究进展 3.1 稀土发光材料 发光材料中的基质或者激活剂是稀土元素，一般都统称为稀土发光材料或者稀土荧光材 料。在人们开发的各种发光材料中，稀土发光材料发挥着重要的作用，现在已经开发出了稀 土长余晖发光材料、稀土纳米发光材料、稀土高分子发光材料、稀土激活发光材料等等。 3.1.1 稀土长余晖发光材料 稀土长余晖发光材料主要有稀土硫化物发光材料、稀土铝酸盐发光材料、稀土长余晖发 光玻璃和稀土长余晖发光涂料等等。 3+ 稀土硫化物发光材料主要集中在以碱土