稀土激活碱土金属铝酸盐发光材料是指以稀土元素，特别是以Eu（铕元素）为激活元素，以碱土金属铝酸盐为基体的一类发光材料，其中Eu 和Dy（镝元素）共激活的铝酸锶SrO·nAl2O3 ：Eu，Dy 是代表产品，它是20 世纪90 年代初发展起来的一类新型发光材料。此类发光材料具有其他发光材料无法比拟的优点，而成为当今研究开发的热点。稀土激活碱土金属铝酸盐发光材料的特点是起始亮度高、余辉时间长（>12 h）、无放射性危害，被称为绿色节能发光材料。在SrO·nAl2O3 ：Eu，Dy 发光材料中，随着SrO/Al2O3 配比不同，荧光的波长和余辉时间也不同：对于SrO·Al2O3 ：Eu，Dy，激发后发出黄绿色光，波长峰值520 nm ；而2SrO·3Al2O3 ：Eu，Dy，激发后发出蓝绿色光，波长峰值490 nm。后者的余辉时间长于前者，但初始发光强度却相反。通过改变SrO/Al2O3 摩尔比、Eu 和Dy 的掺杂量、矿化剂B2O3 的用量，以及用CaO、MgO、BaO 部分或全部取代SrO，或加入它们的复合物等，可以制得一系列碱土金属铝酸盐发光材料，其中加入部分SiO2，可以制得稀土激活碱土金属铝硅酸盐发光材料。

1 新型环保发光材料的制备
SrAl2O4 ：Eu，Dy 是一种新型环保发光材料，已引起国内外研究者的广泛关注。其激发光谱及发射光谱见图1。


1—激发光谱；2—发射光谱
图1 SrAl2O4 ：Eu2+ ，Dy3+ 激发光谱与发射光谱
下面介绍一些制备该发光材料的方法。
1.1 高温固相法
高温固相法是制备Eu2+ 激活铝酸锶发光材料的传统和应用早、多的方法。该法以Al2O3、SrCO3、Eu2O3、Dy2O3 为原料，再加入一定量的助熔剂（如硼酸），混合磨细后，一般先经过高温（约1 350℃）煅烧，再在稍低温度，2%H2+98%N2 气氛下，使Eu3+ 还原成Eu2+ ；亦可采用密闭空间中放置活性炭的方法。后经过冷却，碾细，过筛，即得产品。此法工艺简便，微晶的晶体品质优良，利于工业化生产。
1.2 溶胶- 凝胶法
溶胶- 凝胶（Sol-Gel）法是应用前景非常广阔的纳米粉体合成方法。它的主要优点在于可在较低的温度下合成产品，且产品粒径小，均匀度较好。采用该法合成SrAl2O4 ：Eu2+，Dy3+ 时，母体材料是含铝的有机化合物溶液，配以激活剂、共激活剂、助熔剂、催化剂的有机化合物溶液或化合物水溶液，混合后，加入水，保持2~3 d，形成凝胶，经干燥，灼烧除去有机物后，再在N2+H2 气氛或活性炭气氛下灼烧还原，制得发光材料。用溶胶- 凝胶法可以制备出发光性能很好的发光材料，反应也可以很好地控制。
1.3 燃烧法
针对高温固相法制备的发光材料粒子较粗，经球磨后晶形遭受破坏，从而使发光亮度大幅度下降的缺点，开发了燃烧法制备技术。Kingsley 等人将一定量的Al（NO3）3·9H2O、Sr（NO3）2·4H2O 和尿素，用少量水溶解，将所得溶液放入温度恒定在500℃左右的马弗炉中，起初溶液沸腾，然后开始脱水，分解，并伴随产生大量的气体（主要是NO 和NH3），接着开始起泡，膨胀，泡沫破裂并燃烧，发出白色光。所得产品为一种多孔泡沫状的SrAl2O4，产物相单一，合成的发光材料具有相当的适应性，燃烧过程中产生的气体可使Eu3+ 还原成Eu2+，而不需要还原保护气氛。采用这种方法可以使炉温大大降低，是一种高效节能的合成方法。

2 发光涂料的发光机理
发光涂料基料、激活剂和辅助激活剂（又称敏化剂）的合理选择，是确保发光涂料具有优良长余辉性能的重要保障。其中基料必需提供合适的晶体环境；激活剂离子必需是具有相对较低的4f → 5d 跃迁能的稀土离子；而三价的辅助激活离子不等价取代二价的碱土金属离子后形成不同深度的陷阱，用于存储电子或空穴。当光束入射到固体发光材料时，发光中心的不同类型亚层之间存在能级交错现象的电子就会在其离子的基态和激发态之间发生跃迁，此时光束的能量就会转移给被激发的电子，即该波长的光被吸收。但激发态的电子处于一种亚稳态，一旦停止光照，该电子就会释放该波长光的能量，跃迁回基态，从而引起该物质发光，即是一种蓄能发光过程。当用365 nm 紫外光激发SrAl2O4 发光体时，Eu2+产生4f → 5d 跃迁。辅助激活离子Dy3+ 的加入，改变了晶格的形状，使晶格发生畸变，从而产生了杂质能级（陷阱能级），这种杂质能级主要是由Dy3+ 的加入产生的，并且Dy3+ 取代Sr2+，导致空穴的产生，所以陷阱能级是相对均匀的空穴产生的施主能级。这一能级位于Eu2+ 的激发态能级与基态能级之间。当电子受激发从基态到激发态后，一部分电子跃迁回低能级产生发光，另一部分电子通过弛缓过程储存在陷阱能级中，当陷阱能级中的电子吸收能量时，重新受激，回到激发态能级，再跃迁回基态能级而发光。陷阱能级中的电子数量多，则余辉时间长；吸收的能量多，使电子容易克服陷阱能级与激发态能级之间的能量间隔（ET），从而产生持续发光现象。但并非吸收能量持续增加就会使余辉时间延长，若足够的能量使陷阱能级中的全部电子一次性返回激发态能级，则不利于余辉时间的延长；反之，吸收的能量很少，不足以使陷阱能级中的电子返回激发态能级，也观察不到长余辉现象。因此余辉时间的长短取决于陷阱能级中的电子数量及其返回激发态能级的速率，余辉的强度则取决于陷阱能级中的电子在单位时间内返回激发态能级的速率。稀土元素掺杂的碱土铝酸盐的发光时间主要由其发光的衰减特性和陷阱效应决定。稀土元素掺杂的碱土铝酸盐的衰减是与温度有关的指数衰减，温度越低，光强越弱；温度升高，光强很快增大，衰减时间大为缩短。当涂层处于光照条件下，一部分光线被反射，另一部分光线进入涂层内部。进入涂层内部的光线有一部分被发光颜料所吸收，使发光颜料中的分子受
到激发，当这些分子返回基态时会以辐射形式发光，因此，发光涂料的发光性能主要取决于发光材料的性能。稀土离子掺杂碱土铝酸盐光致发光过程大致可分为3 个阶段：光的吸收、能量的传递、光的发射。光的吸收和发射都发生在能级之间的跃迁中，都经过激发态，激发态的运动就是能量传递的过程。