《半导体照明发光材料...》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体照明发光材料...（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划半导体照明发光材料.发光材料的应用和发展摘要：在各种类型的激发作用下能发光的物质叫发光材料。自然界中的许多物质，包括无机化合物和有机化合物，或多或少可以发光。发光材料在工业、医学、交通、军事，是一种精细高技术产业。发光材料被广泛地用在各种显示、照明和医疗等领域。深入开展发光材料合成方法学研究，解决其可控合成与制备难题，揭示不同形态和尺度下材料结构与其发光性能的关系，为人类的便捷生活和新能源的研究提供更好的帮助。在气候压力日趋加大的今天,低碳生活方式已成为全球共识,作为低碳产业的代表,
2、产业的发展势头突飞猛进,成为发展速度最快、发展前景最为看好的朝阳产业之一。该文根据发光材料的种类介绍了部分发光材料以及其在各领域的应用，并对发光材料的应用前景进行了总结和展望。关键词：发光材料；稀土发光材料；半导体照明发光材料Theapplicationanddevelopmentoflight-emittingmaterialsAbstract:Firesinvarioustypesoflightsundertheactionofasubstancecalledphosphors.Manysubstancesinnature,includinginorganiccompoundsandorg
3、aniccompounds,moreorlesscanshine.Light-emittingmaterialsinindustrial,medical,transportation,military,isafinehightechnologyindustry.Luminescentmaterialiswidelyusedinavarietyofdisplay,lighting,medical,andotherfields.Developluminescentmaterialsynthesismethodology,solvetheirproblemcontrollablesynthesisa
4、ndpreparation,revealingthedifferentformsandscalesmaterialstructureandopticalpropertiesofrelation,convenientforhumanlifeandnewenergytoprovidebetterhelp.Increasedpressureonclimateincreasinglytoday,low-carbonlifestylehasbecomeaglobalconsensus,astherepresentativeofthelightindustry,industrialdevelopmentm
5、omentumhassoared,becomingthefastest,themostpromisingprospectsforthedevelopmentofoneoftheindustry.Inthispaper,accordingtothenatureoftheluminescentmaterialpartofluminescentmaterialsareintroducedaswellasitsapplicationinvariousfields,andtheapplicationprospectofluminescentmaterialsaresummarizedandprospec
6、ted.Keywords:Emittingmaterials;Rareearthluminescentmaterial;Semiconductorlightingluminescentmaterial引言从20世纪以来，国内外在发光材料和发光涂料的研制、开发方面，有着较大的进展。特别是我国“十一.五”规划提出节能/降耗/减排的基本国策后,又涌现了一大批科研机构,他们在LED以及PDP方面取得了非常可喜的科研成果,大大促进了我国光电产业的发展。在各种类型的激发作用下能发光的物质叫发光材料。稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。而半导体照明是一种基于半
7、导体发光二极管新型光源的固态照明，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。所以本文重点介绍稀土发光材料与半导体照明发光材料的发光机理与应用。稀土发光材料的发光原理稀土发光具有强吸收能力，高转换效率，可发射从红外光到紫外线的光谱，特别在可见光区有强发射能力等特点。目前稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。发光的本质是能量的转换，而稀土之所以具有优异的发光性能，就在于它具有优异的能量转换功能，而这又是又其特殊的电子层结构决定的。稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4f电子在不同能级之间的跃迁而产生的。在f组态内不同能级之间的跃迁称为f-f跃迁；在f和d组态之间的跃迁称为f
8、-d跃迁。其光谱大概有30000条。从而产生丰富的电子能级，可吸收或发射从紫外光、可见光到红外光区各种波长的电磁辐射，尤其是在可见光区有很强的发射能力，这使稀土发光材料呈现丰富多变的荧光特性。稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，是稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。随着稀土分离和提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。发光是稀土化合物光、点、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。就世界和美国24种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。稀土发光材料的应用稀土上转换发光材料组成及晶性上转换发光是指吸收两
9、个或两个以上低能光子而辐射一个高能光子的非线性发光现象，通常是指将近红外光转换成可见光。由于上转换发光所吸收的光子能量低于所发射的光子能量，这种现象违背Stokes定律，因而又称为反Stokes发光。与传统典型的发光过程不同，上转换过程需要许多中间态来累计低频的激发光子的能量，而这些过程均是通过掺杂在晶体颗粒中的激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的，而那些具有f电子和d电子的激活离子因具有大量的亚稳能级而被用来上转换发光。然而高效率的上转换过程，只能靠掺杂三价稀土离子实现，因其有较长的亚稳能级寿命。上转换纳米颗粒通常由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成。尽管理论上大多数稀土离子都可以
10、上转换发光，而事实上低泵浦功率激发下，只有，和作为激活离子时才有可见光被观察到，原因是这些离子具有较均匀分立的能级可以促进光子吸收和能量转移等上转换所涉及的过程。为了增强上转换效率，通常作为敏化剂与激活剂一同掺杂，因其近红外光谱显示其有较宽的吸收域。作为一条经验法则，为了尽量避免激发能量因交叉弛豫而造成的损失，在敏化剂-激活剂体系中，激活剂的掺杂浓度应不超过2%。上转换过程的发生主要依赖于掺杂的稀土离子的阶梯状能级。然而基质的晶体结构和光学性质在提高上转换效率方面也起到重要作用，因而基质的选择至关重要。用以激发激活离子的能量可能会被基质振动吸收。基质晶体结构的不同也会导致激活离子周围的晶体场的
11、变化，从而引起纳米颗粒光学性质的变化。优质的基质应具备以下几种性质：在于特定波长范围内有较好的透光性，有较低的声子能和较高的光致损伤阈值。此外，为实现高浓度掺杂基质与掺杂离子应有较好的晶格匹配性。综上考虑，稀土金属、碱土金属和部分过渡金属离子的无机化合物可以作为较理想的稀土离子掺杂基质。表1列出了常用于生物学研究的上转换材料基质。尽管目前UC颗粒已有许多合成方法，为了得到高效的UC发光产品，许多研究仍致力于探寻合成高晶化度的UC颗粒。具有较好晶体结构的纳米颗粒，其掺杂离子周围有较强的晶体场，且因晶体缺陷而导致的能量损失较少。考虑到生物领域的应用，为与生物分子结合，纳米颗粒应同时具备小尺寸和良好
12、分散性的特点。传统的合成上转换纳米颗粒的方法中，为了得到高晶化度、高分散度、特定的晶相和尺寸的产物，总体上对反应条件有较高的要求，如高温和长反应时间，而这可能导致颗粒的聚集或颗粒尺寸变大。对此，我们最近研究找到了较温和的反应条件，在此条件下合成的纳米颗粒有小尺寸和较好的光学性质。严格控制掺杂浓度，还可以得到不同晶相和尺寸的纳米颗粒，这一事实在最近Yu的文献中得到了证实。光学性质稀土离子的吸收和发射光谱主要来自内层4f电子的跃迁。在外围5s和5p的电子的屏蔽下，其4f电子几乎不与基质发生相互作用，因此掺杂的稀土离子的吸收和发射光谱与其自由离子相似，显示出极尖锐的峰。而这同时就对激发光源的波长有了
13、很大的限制。幸运的是，商业化的980nmInGaAs二极管激光系统恰巧与的吸收相匹配，为上转换纳米颗粒提供了理想激发源。镧系金属离子通常有一系列尖锐的发射峰，因此为光谱的解析提供了特征性较强的图谱，避免了发射峰重叠带来的影响。发射峰波长在根本上不受基质的化学组成和物理尺寸的影响。通过调节掺杂离子的成分和浓度，可以控制不同发射峰的相对强度，从而达到控制发光颜色的目的。与传统的反斯托克斯过程不同，上转换发光过程是建立在许多中间能级态的基础上的，因此有较高的频率转换效率。通常，上转换过程可以由低功率的连续波激光激发，而与之鲜明对比的是“双光子过程”需要昂贵的大功率激光来激发。由于内层4f电子跃迁的上
14、转换发光过程不涉及到化学键的断裂，UC纳米颗粒因而具有较高的稳定性而无光致褪色和光化学衰褪现象。许多独立的研究表明，稀土掺杂的纳米颗粒在经过数小时的紫外光和红外激光照射后并未有根本的变化。UC纳米颗粒的上转换发光具有连续性，而不会出现“闪光”现象。虽然单个离子会观测到“闪光”，而由于UC纳米颗粒中含有大量稀土离子，近期实验已经证实在连续的红外激光激发下其UC纳米颗粒不会出现“闪光”现象。由于f-f电子跃迁禁阻，三价稀土金属离子通常具有长发光寿命。时控发光检测技术即利用了这个光学特性，能够尽量避免因生物组织、某些有机物种或其它掺杂物的多光子激发过程而产生的短寿命背景荧光的干扰。与传统的稳定态发光
15、检测技术相比，由于信号/噪声比显著增大，其检测灵敏度大大提高。稀土上转换发光材料目前的主要应用为红外光激发发出可见光的红外探测，生物标识，和长余辉发光的警示标识，防火通道指示牌或室内墙壁涂装充当夜灯的作用等。半导体照明发光材料半导体照明是一种基于半导体发光二极管新型光源的固态照明，是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，已经成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃。白光LED的发展，使发光材料的研究与应用进入了一个新的研究阶段。半导体照明是指用全固态发光器件即发射白色的发光二极管白光LED作为光源的照明技术。它利用固体半导体芯片作为发光材料，具有高效、节能、环保、寿命长、易维护、可靠性
16、高等优点。而半导体发光材料是发光器件的基础。在半导体的发展历史上，1990年代之前，作为第一代的半导体材料以硅(包括锗）材料为主元素的半导体占统治地位。随着信息时代的来临，以砷化镓为代表的第二代化合物半导体材料显示了其巨大的优越性。而已氮化物为代表的第三代半导体材料，由于其优越的发光特征正式成为最重要的半导体材料之一。今后器件性能的提高也很大程度上取决于材料的发展。半导体照明发光材料的发光原理半导体中的电子可以吸收一定能量的光子而被激发。处于激发态的电子业可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放能量。如自发辐射和受激辐射。自发辐射是指电子从高能级自发的发射到低能级。直接跃迁：半导体发光材料LED灯的应用简介：半导体材料和器件是本世纪六十年代末开始发展起来的半导体技术中的一个分支，
