塑料夜光剂的作用机理如何?
塑料夜光剂之所以能在接收阳光或其他光照后将光能储存在塑料材料内并能在黑暗处自动发光,是与其特殊结构和组成相联系的。虽然塑料夜光剂有多种类型,但是它们发光的过程大体一致,具体由三个步骤组成:基质晶格吸收激发能;基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子,使其激发;被激发的离子发光而返回基态。塑料夜光剂的发光过程从图中可以看出,组成塑料夜光剂的基质、激活剂、敏化
剂分别起到不同的作用,共同完成吸光一储光一发光的作用。塑料夜光剂基质中激活剂形成激活中心,敏化剂形成敏化中心,若基质的吸收不产生辐射,则A吸收激发能后产生辐射(包括热扩散)发光;而S吸收激发能,并且将能量传递给A,再由A辐射出来,这样形成敏化发光。不同类型的塑料夜光剂发光过程虽然大致相同,但它
们发光的具体机理可能不一样,塑料夜光剂发光机理主要有能量传递机理、电子转移机理、空穴转移机理等。能量传递是缺陷与稀土离子之间的能量传递过程。对于Ce3+、Pr3+、Tb3+三价稀土
离子,它们容易形成十4氧化态,因此在基质体系中三种元素可以分别以十3和+4两种氧化态在体系中共存,这样,RE4+可以作为空穴陷阱中心,RE4能够成为电子陷阱中心,这些被缺陷中心所捕获的空穴和电子在热扰动下进行复合,释放出的能量传递给三价稀土离
子,激发其基态电子到激发态,最终导致三价稀土离子在黑暗处自动发光。但在还原气氛中,这些稀土离子的+4氧化态是不易形成的,这时塑料夜光剂在紫外线或激光激发下,产生电子和空穴,并且可分别被不同的缺陷所捕获。激发停止后,缺陷中的电子和空穴复合产生的能量传递给稀土离子。由于Ce3+、Pr3+、Tb3+相对其他稀土离子来说具有较低的5d-4f跃迁能量,因此电子和空穴复合释放出的能量与Ce3+、Pr3+、Tb3+离子的相应能级匹配,又由于电子和空穴陷阱的深度比较合适,所以在室温下就可以观察到这些离子的自动长时间发光。需要指出的是,以碱土离子作为组分的基质体系中,氧离子空位起了至关重要的作用,因为氧离子空位可以捕获电子成为电子陷阱,至于空穴陷阱可以是体系中存在的A13+离子空位或其他缺陷,甚至是Ce3+等稀土离子,这些体系中氧离子空位的存在已经被电子顺磁共振波谱(EPR)所证实。

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