据报道,2001年的美国9.11事件里,由于双子楼和五角大楼均遭受了民航客机的撞击,大量航空燃油泄露或直接爆炸引发了大火,楼宇电路彻底损毁,所有光电照明设备不能工作,而此时,之前部署的长余辉发光标志,和安全疏散引导系统,在黑暗中发挥作用,它们依然能够自发的产生余辉发光,指引惊慌失措的人群安全通道的方向,从而为人员的疏散争取了黄金的时间,拯救了很多人的生命。[14-18]
(1)涂料工业中的应用
这些发光涂料也用于艺术、室内装潢安全指示照明等领域。例如,用于交通道路刻线的绘制,停车场和地铁的标识,其中用于消防标志尤其作用突出,主要是由于在火灾中,输电线路通常会中断,而此时自带余辉发光特性的涂料,将在一片漆黑中指引疏散的方向。[19]
(2)陶瓷工业领域的应用
在军、民领域,长余辉陶瓷被广泛运用。应用主要有:战斗机仪表盘、行军中的隐蔽照明和军事标志等。民用上,可以广泛用作艺术品设计,如艺术玻璃、创意灯具玻璃、建筑余辉玻璃、器皿装饰玻璃或夜光橱窗广告。纺织工业中的应用
长余辉材料在纺织业中也有贡献。比如:消防服、环卫工人使用的各种不同的绿色或橙红色夜光背心,可以通过纺织工艺将长余辉荧光粉制成的薄膜封装到服饰表面,以提高其耐候性和耐水性,从而在夜间起到易于被识别的作用。[20]
(3)长余辉材料其它应用
长余辉发光材料作为一种无放射性的材料,对于人体没有任何的放射性风险,已经广泛替代了过去的放射性发光材料。现在,夜光手表,遥控器,汽车飞机仪表盘等设备中的夜光部件,几乎都被性能优异而绿色环保的长余辉发光材料替代。
1.3长余辉材料的发光机理
尽管对于余辉机理不明确的余辉粉体,只要具有良好性能,依然不耽误其应用和产业化,但是作为一个系统的学科,发光材料要向前产生质变的发展,必须不断的探讨发光的机理,以此不断累积研究经验,启迪后来的研究者,站在前人的成果上进行扬弃,螺旋式向前进,研究对于长余辉发光材料的发光机理,同样是一个不断完善的过程。长余辉发光材料能够保持较长时间的余辉的这一现象,目前普遍认为原因在于杂质的引入创造了陷阱能级,通常用电子伏特表示其深度。而长余辉材料中的陷阱能级来源于基质中的稀土离子或过渡元素离子掺杂取代所产生的点缺陷,所以寻求最佳的晶体缺陷能级和浓度是获得长余辉发光的关键。掺杂的形式,主要有稀土离子单掺,以及在此基础上两种或更多稀土元素的共掺。 [21-22]
长余辉发光材料的发光机理的讨论和研究,主要集中缺陷中心用什么样的形式将能量传递给发光中心。常见的长余辉发光材料通常为稀土离子或过渡金属离子的单掺或共掺。
对于稀土单独掺杂的情况,以Ca2SnO4:Pr3+长余辉发光材料为例,做如下解析[23-25]:如图1.1在Ca2SnO4:Pr3+中,Pr3+由于取代二价钙而多余正出来电荷,故这种正缺陷可以提供电子陷阱,陷阱中心捕获被激发到导带的电子,Pr3+也是发光中心,在254nm紫外光下,电子被激发到导带并在价带产生空穴(过程1),与此同时,被激发到4f-5d能级(过程2)。一些激发态电子可以在导带迁移,跃迁到Pr3+的3P2能级(过程3)。之后3P2能级的电子会弛豫到3P0能级,同时出现Pr3+的特征荧光发射。当紫外光源关闭后,在导带中剩余的电子会被电子陷阱捕获。剩余的空穴会被不同能级的空穴陷阱捕获。与此同时,电子和空穴会被合适的陷阱中心释放出来。自由电子会在导带迁移到Pr3+的3P2能级,空穴运动到Pr3+的基态附近。随后电子与空穴的复合会产生Pr3+的特征发射,即为长余辉发射。[23-28]文献综述