發(fā)光材料

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

無(wú)機(jī)熒光材料的代表為稀土離子發(fā)光及稀土熒光材料，其優(yōu)點(diǎn)是吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率高，稀土配合物中心離子的窄帶發(fā)射有利于全色顯示，且物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由于稀土離子具有豐富的能級(jí)和 4f 電子躍遷特性，使稀土成為發(fā)光寶庫(kù)，為高科技領(lǐng)域特別是信息通訊領(lǐng)域提供了性能優(yōu)越的發(fā)光材料。至21世紀(jì)初，, 常見的無(wú)機(jī)熒光材料是以堿土金屬的硫化物(如 ZnS、CaS)鋁酸鹽(SrAl2O4, CaAl2O4, BaAl2O4)等作為發(fā)光基質(zhì)，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(wú)機(jī)熒光體的傳統(tǒng)制備方法是高溫固相法，但隨著新技術(shù)的快速更新，發(fā)光材料性能指標(biāo)的提高需要克服經(jīng)典合成方法所固有的缺陷，一些新的方法應(yīng)運(yùn)而生，如燃燒法、溶膠-凝膠法[、水熱沉淀法、微波法等。

在發(fā)光領(lǐng)域中，有機(jī)材料的研究日益受到人們的重視。因?yàn)橛袡C(jī)化合物的種類繁多，可調(diào)性好，色彩豐富，色純度高，分子設(shè)計(jì)相對(duì)比較靈活。根據(jù)不同的分子結(jié)構(gòu)，有機(jī)發(fā)光材料可分為:(1) 有機(jī)小分子發(fā)光材料;(2) 有機(jī)高分子發(fā)光材料;(3) 有機(jī)配合物發(fā)光材料。這些發(fā)光材料無(wú)論在發(fā)光機(jī)理、物理化學(xué)性能上，還是在應(yīng)用上都有各自的特點(diǎn)。

有機(jī)小分子發(fā)光材料種類繁多，它們多帶有共軛雜環(huán)及各種生色團(tuán)，結(jié)構(gòu)易于調(diào)整，通過(guò)引入烯鍵、苯環(huán)等不飽和基團(tuán)及各種生色團(tuán)來(lái)改變其共軛長(zhǎng)度，從而使化合物光電性質(zhì)發(fā)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-萘酰亞胺類衍生物，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。它們廣泛應(yīng)用于光學(xué)電子器件、DNA診斷、光化學(xué)傳感器、染料、熒光增白劑、熒光涂料、激光染料[7]、有機(jī)電致發(fā)光器件(ELD)等方面。但是小分子發(fā)光材料在固態(tài)下易發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象，一般摻雜方法制成的器件又容易聚集結(jié)晶，器件壽命下降。因此眾多的科研工作者一方面致力于小分子的研究，另一方面尋找性能更好的發(fā)光材料，高分子發(fā)光材料就應(yīng)運(yùn)而生了。

有機(jī)高分子光學(xué)材料通常分為三類:

(1) 側(cè)鏈型:小分子發(fā)光基團(tuán)掛接在高分子側(cè)鏈上，

(2) 全共軛主鏈型:整個(gè)分子均為一個(gè)大的共軛高分子體系，

(3) 部分共軛主鏈型:發(fā)光中心在主鏈上，但發(fā)光中心之間相互隔開沒(méi)有形成一個(gè)共軛體系。二十一世紀(jì)初以來(lái)，所研究的高分子發(fā)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(jì)初，研究得也比較多。

還可以把發(fā)光基團(tuán)引入聚合物末端或引入聚合物鏈中間，Kenneth P. Ghiggino等把熒光發(fā)色團(tuán)引入 RAFT 試劑，通過(guò) RAFT 聚合，把熒光發(fā)色團(tuán)連在聚合物上。

從以上的各種發(fā)光聚合物中可以看出，多數(shù)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(lái)比較困難;而把發(fā)光基團(tuán)引入聚合物末端或引入聚合物鏈中間時(shí)，又只有端基發(fā)光，分子量不會(huì)很大，若分子量很大，則發(fā)光基團(tuán)在聚合物中含量低，熒光很弱。而側(cè)鏈聚合物發(fā)光材料，是對(duì)主鏈共軛聚合物的有力補(bǔ)充。

3. 自發(fā)光體 這種材料經(jīng)常被當(dāng)作光致發(fā)光物體。自發(fā)光物體在黑暗中可發(fā)光，但事先不需要暴露在日光下。這些材料通常作為表盤上的發(fā)光標(biāo)記以及用于長(zhǎng)期發(fā)光的物體的制作，它們含有放射性元素。

4. 磷光物體 由于含有磷元素而發(fā)光，這種材料也經(jīng)常被當(dāng)成光致發(fā)光材料。

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(lái)。材料不同，反射的光的波長(zhǎng)范圍也就不同。反射光的顏色取決于材料吸收何種波長(zhǎng)的光并反射何種波長(zhǎng)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(zhí)照牌、交通標(biāo)志牌等。光致發(fā)光材料是向外發(fā)光，而不是反射光。

2. 熒光材料 吸收一定波長(zhǎng)的光，立刻向外發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，稱為熒光，當(dāng)入射光消失時(shí)，熒光材料就會(huì)立刻停止發(fā)光。更確切地講，熒光是指在外界光照下，人眼見到的一些相當(dāng)亮的顏色光，如綠色、橘黃色、黃色，人們也常稱它們?yōu)槟藓绻狻?/p>

熒光材料分無(wú)機(jī)熒光材料和有機(jī)熒光材料。

發(fā)光材料的應(yīng)用: 光致發(fā)光粉是制作發(fā)光油墨、發(fā)光涂料、發(fā)光塑料、發(fā)光印花漿的理想材料。發(fā)光油墨不但適用于網(wǎng)印各種發(fā)光效果的圖案文字，如標(biāo)牌、玩具、字畫、玻璃畫、不干膠等，而且因其具有透明度高、成膜性好、涂層薄等特點(diǎn)，可在各類浮雕、圓雕(佛像、瓷像、石膏像、唐三彩)、高分子畫、燈飾等工藝品上噴涂或網(wǎng)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(fā)光油墨的顏色有:透明、紅、藍(lán)、綠、黃等。

光致發(fā)光材料在安全方面上的應(yīng)用是其最為普遍的。在安全方面，光致發(fā)光材料可用作安全出口指示標(biāo)記、撤離標(biāo)記等。在用作這些標(biāo)記時(shí)，光致發(fā)光材料一定要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，確保它們符合安全標(biāo)準(zhǔn)。光致發(fā)光材料應(yīng)用在安全方面與裝飾品或其它小物品上不同，要求發(fā)光材料保持最亮的光照度和持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的照明。

高純稀土氧化物Y2O3、Eu2O3、Gd2O3、La2O3、Tb4O7等制成的各種熒光體，廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)、彩色和黑白大屏幕投影電視、航空顯示器、X射線增感屏,以及用于制作超短余輝材料、各種燈用熒光粉等。

半導(dǎo)體發(fā)光材料有ZnS、CdS、ZnSe和GaP、GaAs1-xPx、GaAlAs、GaN等。主要用于制造各色大中型數(shù)字符號(hào)、圖案顯示器、數(shù)字顯示鐘、X 射線圖像增強(qiáng)屏和長(zhǎng)壽命各色發(fā)光二極管、數(shù)碼管等。可見光發(fā)光二極管，因顯示響應(yīng)速度快而廣泛應(yīng)用于儀表、計(jì)算機(jī)，年產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)，不斷取代其他顯示器件