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                              稀土術語(五):稀土功能材料(3) 稀土發光材料

                              分類:稀土知識

                              稀土發光材料

                              熒光粉

                              在一定的激發條件下能發光的無機或有機粉末材料。按激發方式的不同可分為光致發光熒光粉、電致發光熒光粉、陰極射線致發光熒光粉和放射線致發光熒光粉等。

                               

                              基體(質)

                              熒光粉的主體成分,又稱主劑。如氧化釔銪三基色紅粉中的氧化釔為基體(質)。

                               

                              激活劑

                              在發光材料的基質中加入某種雜質,迫使基質材料出現偏離化學計量比(即生成結構缺陷),使原來不發光或發光很弱的材料產生發光,這種作用稱為激活,所加入的雜質稱為激活劑。

                               

                              單色熒光粉

                              在一定的激發條件下能發出單色光的熒光粉。如在紫外線或藍光激發下能發出紅、綠、黃、藍等不同單色光的熒光粉。

                               

                              紅色熒光粉(紅粉)

                              受激輻射為紅色視覺的熒光粉。

                               

                              綠色熒光粉(綠粉)

                              受激輻射為綠色視覺的熒光粉。

                               

                              藍色熒光粉(藍粉)

                              受激輻射為藍色視覺的熒光粉。

                               

                              混合粉

                              受激輻射為不同色溫視覺的熒光粉,如較為常見的2700K、4000K、6500K等色溫的混合粉。

                               

                              節能燈用熒光粉

                              用于制備節能熒光燈所用的光致發光熒光粉。節能熒光燈是靠管內汞發出253.7nm紫外光激發稀土紅、綠、藍三基色熒光粉而發光的。節能燈管徑較T12/T10細、功耗低、壽命長、光效高,因此要求其所用的熒光粉具有強的抗紫外光能力、光效高、光衰低、壽命長等特點。稀土三基色熒光粉具有發光亮度高、色純度高、紫外輻射穩定性好、熱猝滅溫度高等優點,因此適用于節能熒光燈。常用節能燈用稀土三基色熒光粉如下表所示:

                                                     化學組成                        主峰波長(nm)    發光顏色

                              氧化釔:銪(YOX          Y2O3:Eu3+                       611             紅色

                              多鋁酸鎂:鈰、鋱(CAT    MgAl11O19: (Ce3+,Tb3+)         540             綠色

                              磷酸鑭:鈰、鋱(LAP      LaPO4Ce3+,Tb3+               542             綠色

                              多鋁酸鎂鋇:銪(BAM      (Ba,Mg) Al10O17Eu2+          450              藍色

                              多鋁酸鎂鋇:銪錳(BAMn   (Ba,Mg) Al10O17Eu2+,Mn2+    454              藍色

                              鹵磷酸鍶鈣鋇:銪(SECA   (SrCaBa)5(PO4) 3Cl:Eu2+          445             藍色

                               

                              冷陰極熒光燈(CCFL)用熒光粉

                              用于制備冷陰極熒光燈(CCFL)所用的光致發光熒光粉。CCFL是靠管內汞發出253.7nm紫外光激發稀土紅、綠、藍三基色熒光粉而發光的。CCFL的管徑較T2細、亮度高、功耗低、壽命長、光效高,因此要求其所用的熒光粉具有較強的抗紫外光能力、光效高、光衰低、壽命長等特點。稀土三基色熒光粉具有發光亮度高、色純度高、紫外輻射穩定性好、熱猝滅溫度高等優點,因此適用于CCFL熒光燈。常用的熒光粉與節能燈用基本相同,但要求產品的中心粒徑相對較小。

                               

                              藍光LED燈用熒光粉

                              能夠被藍光LED芯片激發發出可見光的光致發光熒光粉。使用熒光粉與LED組合實現白光的工藝,可以通過改變熒光粉的發射波長,熒光粉厚度來調節白光LED的色度、色溫等,因此被廣泛采用。常用的LED熒光粉有YAGCe3+黃色熒光粉, M2Si5N8Eu2+,(Ca,SrAlSiN3Eu2+氮化物紅色熒光粉等。

                               

                              近紫外LED燈用熒光粉

                              能夠被近紫外LED芯片激發發出可見光的光致發光熒光粉??梢酝ㄟ^改變紅、橙、黃、綠、藍色熒光粉的比例來調節白光LED的色度、色溫等。目前常用有硅酸鹽、鹵磷酸鹽、硅基氮氧化物等熒光粉。

                               

                              彩色電視熒光粉

                              彩色電視機顯像管是陰極射線管(cathode ray tube, 簡稱CRT)的一種,所用熒光粉由陰極射線電子束激發發光。目前采用的藍粉為ZnS:Ag,綠粉有ZnS:Cu、Al,ZnS:Au、Cu、Al,而紅粉則是稀土熒光粉Y2O2S: Eu3+,Y2O3:Eu3+ YVO4Eu3+。

                               

                              等離子體平板顯示器用熒光粉

                              等離子體平板顯示器(plasma display panel, 簡稱PDP)用三基色熒光粉是一種由波長為147nm172nm的真空紫外線激發的光致發光材料。目前紅粉的主要化學組成有(Y,Gd)BO3:Eu3+,Y (P,V)O4Eu3+,(Y,Gd)2O3:Eu3+;綠粉的主要化學組成有Zn2SiO4:Mn2+,(Y,Gd)3Al15O12:Ce3+;藍粉的主要化學組成為BaMgAl10O17:Eu2+。

                               

                              高壓汞燈熒光粉

                              涂在高壓汞燈內的一種光致發光熒光粉。這種熒光粉的涂敷主要是以使紅色區域的輻射更充分來改善高壓熒光燈的顯色性。用于高壓汞燈的熒光粉應該具有下述一些特性:在高壓汞放電輻射的范圍內具有較高的吸收和輻射率;在紅色光譜區有占優勢的輻射;發光要有較好的溫度特性等。目前常用的有銪激活的釩酸釔或釩磷酸釔等。

                               

                              紫外燈用熒光粉

                              在波長較短的紫外線激發下發出波長較長紫外線的發光材料。如在253.7nm紫外線激發下發出280~400nm紫外線的熒光粉稱為紫外熒光粉或紫外燈用熒光粉,也叫黑光粉:發射波長400~420nm附近的熒光粉統稱近紫外或紫色熒光粉。

                              紫外熒光粉按用途分為治療燈用熒光粉和誘蟲紫外燈用熒光粉。紫外線波長范圍在300~400nm可用來治療牛皮癬和白癜風,還可誘殺蚊子和昆蟲。保健燈用熒光粉波長范圍在280~350nm之間,有助于身體新陳代謝。近紫外熒光粉用作重氮復印燈用熒光粉,它可促使復印紙上重氮鹽分解。

                               

                              特殊功能燈用熒光粉

                              廣泛用于醫療保健、文化教育、農業生產和裝飾等領域,所采用的熒光粉都是光致發光熒光粉。含植物生長專用熒光粉、高顯色燈用熒光粉、特殊顯色燈用熒光粉、養殖燈用熒光粉、水族燈用熒光粉等。

                               

                              三基色

                              三種互相獨立的顏色,即任一基色不能用其他兩種基色混合而成。在加法混色中,選擇紅、綠、藍三色為三基色。一次特性指熒光粉本身固有的相關光學和物理的基本特性,如激發光譜、發射光譜、相對亮度、粒度及粒度分布、體色、余輝、量子效率等。二次特性指熒光粉應用于節能燈后,分散性、涂覆性、穩定性及光、電、色等相關特性。

                               

                              RGB測色系

                              用比較方法測量光源顏色的系統。該系統選擇700 nm的紅(R)光譜色,546.1 nm的綠(G)光譜色和436.8 nm的藍(B)光譜色為三基色。調節RGB視場至與被測光源顏色相同,其RGB的強弱分量分別為r、g、b,則被測光源的顏色為C= rR+gG+bB,RGB三基色可以相加也可以相減,因此.r、g、b既可以是正值,也可以是負值。由于光電探測器無法測量負值,因而影響了RGB的測色系統的廣泛應用。

                               

                              XYZ測色系

                              用線性變換的方法,由RGB測色系推導出來的、目前通用的測量顏色的系統。

                               

                              黑體

                              既不反射,也不透射,完全吸收入射輻射的物體稱為(絕對)黑體。加熱時,黑體輻射的是連續光譜,光譜能量分布只與溫度有關,并可用普朗克輻射定律描述;

                               

                              黑體軌跡

                              黑體的輻射顏色隨溫度變化在CIEx,y色度圖上描出的軌跡,稱為黑體(輻射)軌跡,

                               

                              色溫

                              當某一光源的色品坐標位于色度圖中黑體軌跡上時,就以黑體的熱力學溫度定義為該光源的色溫。

                               

                              相關色溫

                              黑體軌跡上,與某一光源的色品坐標相距最近的那個黑體的絕對溫度,即為該光源的相關色溫。

                               

                              激發光譜

                              指發光的某一譜線或譜帶的強度或發光效率隨激發光波長(或頻率)的變化。

                               

                              激發波長

                              激發光譜中的峰值波長。

                               

                              發射光譜

                              發光的能量按波長或頻率的分布,稱發射光譜。

                               

                              發射波長

                              發射光譜中的峰值波長。

                               

                              發射主峰

                              發射光譜中發射強度最大的譜峰,稱為發射主峰。單位:納米(nm)。

                               

                              半峰寬(譜線寬度)

                              光譜峰值一半處所對應兩波長之差,定義為該譜峰的峰寬,或謂譜線寬度,也叫“半寬度”,?以FWHm表示,單位:納米(nm)。

                               

                              亮度

                              離開、到達或者穿過某一表面,單位立體角,單位投影面積上的光通量,記作/v,單位:坎[德拉] 每平方米(cdm2)。

                               

                              相對亮度

                              在規定的激發條件下,熒光粉試樣與對應的標準熒光粉的亮度之比。

                               

                              顯色指數

                              光源的顯色指數是待測光源下物體的顏色與參照光源下物體顏色相符程度的度量。CIE(國際照明委員會)規定用普朗克輻射體或標準照明體D作為參照光源,并將其顯色指數定為100,同時CIE還規定了15塊孟塞爾(Munsell)顏色樣品。以這些樣品在參照光源(3 000 k普朗克輻射體)下和另一個3 000 k標準熒光燈的顏色變化量為尺度,約定標準熒光燈的顯色指數為50,然后根據在參照光源(其色溫接近于待測光源的色溫)下和待測光源下顏色樣品的色差AE。CIE顯色指數不包括色位移的方向的度量,即兩個具有相同Ri的光源,如顏色樣品i的色位移,方向不同,這一樣品在此兩光源下的顏色在視覺上也不相同。

                               

                              標準熒光粉(標準粉)

                              按指定牌號及一定要求制得的、并經過性能標定的、用于產品性能相對測量用的熒光粉。

                               

                              熱穩定性

                              熒光粉在制造器件過程中,受熱處理后,其性能的穩定程度。

                               

                              UV穩定性

                              熒光粉耐紫外線輻射的穩定性。

                               

                              熱猝滅性(溫度猝滅)

                              由溫度升高引起的發光性能變弱,當溫度恢復時,發光性能隨之恢復的現象。

                               

                              稀土摻雜光譜轉換材料

                              在一定的激發條件下,材料吸收一定波段的光,轉換成其它波段的光,稱為光譜轉換材料,其發光機制為多光子發光。光譜轉換材料又分為上、下轉換材料,其中上轉換材料是指通過吸收低能量的光而發射出高能量的光;而下轉換材料是指能夠吸收高能量的光而發射出低能量的光。稀土摻雜上轉換材料主要是Er3+、Yb3+-Er3+、Yb3+-Tm3+、Yb3+-Ho3+等摻雜的基質材料為氟化物、氧化物、氟氧化物玻璃等體系。六方相NaYF4:Er3+, Yb3+是目前已知的效率最高的上轉換材料。稀土摻雜下轉換主要是通過Pr3+的光子分步發射、Pr3+-Mn2+、Pr3+-Cr2+共摻、Gd3+Eu3+的逐次能量傳遞以及Tb3+Yb3+的合作能量傳遞等過程實現的。如YF3:Pr3+ 材料,LiGdF4:Eu3+ 材料,YPO4:Tb3+, Yb3+材料等。

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