稀土发光材料及其发光原理ppt课件.ppt
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1、稀土发光材料及其发光原理,2023/1/15,冶金与环境学院,2023/1/15,1,稀土发光材料,发光是物质中能量的吸收、存贮、传递和转换的结果;根据发光方式的不同分为光致发光、阴极射线发光电致发光、放射发光和X射线发光等。稀土离子中,Ce3+和Eu2+发光光谱是宽谱带,其它三价离子都是锐线谱。三价稀土离子外层电子组成满壳层(5s2p6),当内层4f电子吸收能量后跃迁到激发态,再次跃迁至低能级时释放能量,发射光谱。目前稀土发光材料已广泛应用于显示显像、新光源、X射线增感器、核物理与核辐射探测、医学放射图像摄影技术,并向其它高技术领域拓展。,2023/1/15,2,稀土发光材料-阴极射线发光材
2、料,阴极发光材料主要用于显示设备,如彩电用红色荧光体、彩色投影仪荧光体、终端显示器用荧光体以及CRT显示器用多功能荧光体等。,彩电的荧光屏是由红绿蓝三基色荧光粉有规则排列组成的,其中红色红色荧光粉是激活态的含铕化合物,通常为YVO4:Eu,Y2O3:Eu,Y2O2S:Eu。彩电使用以上三种发光材料发射锐线谱,谱线色纯度高,亮度与电饱和特性改善,图像色彩不失真。目前彩电显示屏普遍使用的是铕激活的硫氧化钇磷光体。在Y2O2S中,Eu3+的发射峰在626nm处,属于Eu3+的5D07F2能级跃迁;高能级的5D1,5D2发射产生的绿光和蓝光影响红色荧光体的色度,随着Eu浓度增加,绿光和蓝光发射猝灭,保
3、证了红光的色度。,浓度猝灭:激活离子浓度较大时,中心间的距离小于临界距离,它们就会产生级联能量传递,即从一个中心传递到下一个中心,再到下一个中心.(发生能量迁移)直到最后进入一个猝灭中心,导致发光的猝灭。温度猝灭:温度升高,晶格振动加剧,发光 中心晶格弛豫增强,无辐射跃迁几率增大,发光效率降低。,2023/1/15,3,稀土发光材料-阴极射线发光材料,目前在投影电视需要的荧光体比较少,红色荧光体主要为前面所述的掺铕硫氧化钇,蓝色荧光体主要有ZnS:Ag,绿色荧光体种类较多,有钇铝镓石榴石系(Y3(Al,Ga)5O12),如YAG:Tb,Y(Al,Ga)G:Tb等;卤氧化镧体系(LaOX),如L
4、aOBr:Tb,LaOCl:Tb等;正硅酸氧钇体系(Y2SiO5),如Y2SiO5等。绿色荧光体主要是以激活Tb3+的稀土发光材料,而投影电视绿色荧光体的主要材料是钇铝镓石榴石体系。Tb3+的5D37F1主要发射蓝光,5D47F1主要发射绿光。5D3在Tb3+浓度低的时发光,浓度高时存在(5D35D4)(7F67F0)的交叉驰豫而消光。高浓度(1%mol)的Tb3+,其发光主发光带是550nm区域,是光5D47F5跃迁产生的,颜色为黄绿色,与标准绿色有较大差距。,2023/1/15,4,稀土发光材料-光致发光材料,光致发光材料早前主要用于隐蔽照明、紧急照明以及飞机的仪表盘等,随着上世纪70年代
5、能源危机的出现,发光材料用于照明设备的研究逐渐成为热点,荧光灯稀土材料迅速发展。荧光灯使用的三基色材料主要为发红光的Y2O3:Eu3+,发蓝光的BaMg2Al16O27:Eu2+及绿光的Ce0.67Tb0.33Al11O19荧光体。由于人眼对绿光的敏感性最强且荧光灯中绿色成分占重要地位,需要选择一种高效的绿色发光材料。Tb3+是绿光的主要发光材料,因此通过Tb与不同化合物的结合,晶体结构与晶体场的作用使Tb3+更容易吸收能量进行发射。Ce3+作为敏化剂,将能量高效的吸收传递给Tb3+。目前使用的绿色荧光体主要有CeMgAl11O19:Tb(CAT),LaPO4:Ce,Tb及其变体,Y2SiO5
6、:Ce,Tb(正硅酸氧钇)以及REMg5BO10(稀土五硼酸盐)等。,2023/1/15,5,稀土发光材料-电致发光材料,电致发光是将电能直接转换为光能的现象。目前应用稀土电致发光的主要为交流薄膜电致发光(ACTFEL)与粉末直流电致发光(DCEL)。ACTFEL发光材料主要有三价稀土氟化物掺杂的ZnS和ZnSe,比如说红色发光材料是ZnS:NdF3、ZnS:SmF3和ZnS:EuF3,绿色发光材料ZnS:TbF3、ZnS:ErF3和ZnS:HoF3,蓝色为ZnS:TmF3等;碱土金属方面主要是稀土离子激活的CaS和SrS材料。DCEL主要是稀土氯化物激活的CaS和SrS材料。,右图显示了部分
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