稀土材料发光的设计与制备
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4. 1
稀土长余辉发光材料的应用 稀土长余辉发光材料是一种新型环保节能材 料 ,它能在吸收太阳光和灯光的能量之后 ,将 部分能量储存起来 ,然后缓慢地把储存的能量 以可见光的形式释放出来 ,在光源撤除后仍能 长时间地发出可见光。正是因为这一点 ,又称 之为“夜光粉 ”,广泛地应用于弱光照明、应 急指示、建筑装饰和工艺美术等领域 ,并且其 研究在不断地覆盖更多的领域。
燃烧法 燃烧合成法是将相应的金属硝酸盐 (氧化剂 ) 和尿素或碳酰肼的混合物放入一定温度环境 中使之发生燃烧反应 ,制备氧化物或其它发光 材料。
2. 3
微波辐射法 微波辐射合成法是近十年迅速发展起来的一 种新的制备方法。微波辐射法合成的产品具 有相纯、粉末粒度较细、稀土掺杂浓度高、 发光强度大等优点 ,因而广泛地应用于稀土发 光材料的合成中。
4. 2
稀土发光材料在光转换农膜方面的应用 将发光材料作为太阳光的转光剂 ,加入到农用 塑料薄膜中制成农膜 ,可以改善光合作用的光 质 ,提高农作物光能利用率 ,从而可以促进农 作物的早熟和增产。
4. 3
稀土发光材料在医学领域的应用 许多核医学及临床化学工作者都希望研制反 射性同位素以外的标记物 ,于是酶标记、化学 发光、生物发光标记等新标记物不断地涌现 , 其中稀土离子荧光标记最为引人注目。这种 时间分辨测量新技术(时间分辨荧光免疫分析 )克服了一般荧光标记受环境干扰的缺点 ,使 非特异性信号降低到可以忽略的程度 ,达到了 极高的信噪比 ,从而大大地超过了放射性同位 素所能达到的测定灵敏度 ,目前已步入应用阶 段 ,成为继放射免疫分析后 ,标记物发展的一 个新里程碑
因此， Y2O2S:Eu3+采取较高的Eu3+掺杂浓度，产生交叉弛豫，使得
Eu3+较高能级的蓝光和绿光发射发生猝灭，从而得到较高纯度和强
度的红光发射。
①EuCl3.6H2O 0.3665g→99.7%乙醇 5ml
②邻菲罗啉
0.198g→99.7%乙醇10ml ③月桂酸 0.6g→乙醇 30℃搅拌溶解 PH值用NaOH调至7-8 将①与②混合 50℃下搅拌30min，加入③。 溶液搅拌2h后，室温下搅拌45h，加入烤箱 烘干
实验成果
4 稀土发光材料的应用
正是因为稀土发光材料具有一般发光材料无
法替代的优点 ,所以它正广泛地应用于电光源 照明、电视机显色材料、农用转换材料、X射 线荧光粉、发光涂料及发光油墨等方面。其 中电光源照明是其应用的最主要方面 ,灯用荧 光粉的产量在所有荧光粉中占据首位。
稀土发光材料在固体白光 LED照明中 的应用享有“第四代照明光源 ”美誉的固体 白光 LED,以其节能、环保和长寿命的突出优 点受到越来越多科研人员的关注 ,LED将成为 21世纪新一代的环保节能光源。正是因为其 有着其它照明光源无可替代的优点 ,包括中国 、美国、日本和欧洲在内的世界各国都加大 了对这一领域的研究 ,都争相抢占开发这一领 域的知识产权。目前 ,这一领域的大部分知识 产权都被日本垄断 ,因此 ,要拥有自己的知识 产权 ,我们必须开发一些新型的发光材料。
由于稀 土元 素 的离子具 有特 别 的电子层
结构 和丰富的能级数量 ，使它成 为了一个 巨大的发光材料宝库。在人类开发的各种发 光材料 中，稀土元素发挥着重要作用，稀土 发光几乎覆盖 了整个 固体发光的范畴。
掺稀土离子发光材料的发光机理
在外界作用下 ，物质吸收光能或电能，从而跃 迁到激发态。根据量子力学的基本原理 ，任何 激发态都是不稳定的，物质最终总是要 回到能 量更低的状态(基态)。在这个过程 中，物质具 有 比基能量多出的能量的全部或一部分 ，如果 以光的形式放出，我们称该过程为发光过程 ， 该物质为发光物质
2. 4
稀土红色荧光粉
Y2O2S:Eu3+: 1966年发现Y2O2S:Eu3+荧光体在电子激发下产生鲜艳的 红色荧光，使当时的彩色电视屏幕图像亮度提高了一倍以上， 色纯度也有很大的提高，亮度-电流饱和特性好，在使用条件
下稳定性高。
近40年来，尽管出现了许多红色发光材料，而 Y2O2S:Eu3+因其优异的性能仍然是CRT不可替代的红色荧光粉
稀土发光材料的设计与制备
导师：师奇松
稀土化合物包含至少一种稀土元素的化合物
。它是一种重要 的战略资源，特别是高新技 术工业的重要原料 ，如军事装备方面一些精 确打击武器 、一些汽车零部件和高科技产， 都依赖用稀 土金属 制造 的组 件 。据 了解， 中 国是 唯一 能 有 效提供全部 17 种稀土金 属的国家 ，且储量远远超过世界其他国家的 总和，是名副其实的“稀土大国
。
目前已被广泛应用，全世界每年市场总值达数亿美元，我 国已成为世界第一大生产国和消费国。
（1）性质
Y2O2S:Eu3+为白色晶体，具有六方晶体，
7F 0 2 高（2000℃以上），化学稳定性好。
不溶于水，熔点
5D
源自Eu3+的5D0-7F2跃迁发射，主峰位于626 nm。 Eu3+的较高 能级5D1和5D2产生的跃迁发射蓝光和绿光，会影响荧光粉的色度。
谢
谢
2.几种典型的稀土发光材料合成方法
溶胶 —凝胶 (So l—Gel)法 溶胶 —凝胶法是将金属醇盐或无机盐经水解 直接形成溶胶或经解凝形成溶胶 ,然后使溶质 聚合凝胶化 ,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成 分 ,最后得到无机材料。
2. 1
2. 2 水热和溶剂热法 水热合成指在一定温度(100 —1 000 ℃) 和一 定压力下(10 —100MPa)利用溶液中物质的 化学反应所进行的合成。这种方法利用无机 物在高温高压下几乎都具备可溶性的特点 ,在 控制合适条件的情况下 ,使得溶于水中的物质 能够从液相中结晶出来。
4. 5
展
望
稀土有机发光材料是一个涉及化学化工、生化、 物理、材料、电子学等众多学科的研究领域.它的多 色性及更宽的材料选择范围使其发展尤为迅速.材料 与器件的联系将更加密切,从而相互促进加速开拓; 理论与实践也将进一步结合,相互启发,共同提高.应 用方面,高分子聚合物与金属配合物虽然没有传统的 小分子荧光材料应用广泛,但这一领域中新的发现已 表明其潜在的应用价值及市场竞争力.相信,随着对 稀土有机发光材料发光机制,分子结构与发光性能定 量关系理论的进一步完善,性能优良的材料将会不断 出现,也将很快占领高科技市场并进入人们的生活.
4. 4
纳米稀土发光材料的应用 纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在 1～ 100 nm的稀土发光材料。纳米稀土发光材料 具有广阔的应用前景 ,如纳米量级的荧光粉颗 粒能够很好地改善阴极射线管 (CRT)和彩色 等离子显示器(PDP)涂屏的均匀性 ,有助于提 高显示清晰度。而场发射器件 ( FED)用的纳 米级荧光粉与传统的FED荧光体相比 ,其所具 有的小尺寸可以被低压电子完全浸透 ,从而使 材料得以有效使用。同时由于纳米材料的比 面积明显增大 ,发光颗粒数增加 ,从而可以减 少稀土三基色荧光粉的用量 ,致使成本降低 , 是照明灯和显示器涂屏的首选材料
稀土长余辉发光材料的应用 稀土长余辉发光材料是一种新型环保节能材 料 ,它能在吸收太阳光和灯光的能量之后 ,将 部分能量储存起来 ,然后缓慢地把储存的能量 以可见光的形式释放出来 ,在光源撤除后仍能 长时间地发出可见光。正是因为这一点 ,又称 之为“夜光粉 ”,广泛地应用于弱光照明、应 急指示、建筑装饰和工艺美术等领域 ,并且其 研究在不断地覆盖更多的领域。
燃烧法 燃烧合成法是将相应的金属硝酸盐 (氧化剂 ) 和尿素或碳酰肼的混合物放入一定温度环境 中使之发生燃烧反应 ,制备氧化物或其它发光 材料。
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微波辐射法 微波辐射合成法是近十年迅速发展起来的一 种新的制备方法。微波辐射法合成的产品具 有相纯、粉末粒度较细、稀土掺杂浓度高、 发光强度大等优点 ,因而广泛地应用于稀土发 光材料的合成中。
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稀土发光材料在光转换农膜方面的应用 将发光材料作为太阳光的转光剂 ,加入到农用 塑料薄膜中制成农膜 ,可以改善光合作用的光 质 ,提高农作物光能利用率 ,从而可以促进农 作物的早熟和增产。
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稀土发光材料在医学领域的应用 许多核医学及临床化学工作者都希望研制反 射性同位素以外的标记物 ,于是酶标记、化学 发光、生物发光标记等新标记物不断地涌现 , 其中稀土离子荧光标记最为引人注目。这种 时间分辨测量新技术(时间分辨荧光免疫分析 )克服了一般荧光标记受环境干扰的缺点 ,使 非特异性信号降低到可以忽略的程度 ,达到了 极高的信噪比 ,从而大大地超过了放射性同位 素所能达到的测定灵敏度 ,目前已步入应用阶 段 ,成为继放射免疫分析后 ,标记物发展的一 个新里程碑
因此， Y2O2S:Eu3+采取较高的Eu3+掺杂浓度，产生交叉弛豫，使得
Eu3+较高能级的蓝光和绿光发射发生猝灭，从而得到较高纯度和强
度的红光发射。
①EuCl3.6H2O 0.3665g→99.7%乙醇 5ml
②邻菲罗啉
0.198g→99.7%乙醇10ml ③月桂酸 0.6g→乙醇 30℃搅拌溶解 PH值用NaOH调至7-8 将①与②混合 50℃下搅拌30min，加入③。 溶液搅拌2h后，室温下搅拌45h，加入烤箱 烘干
实验成果
4 稀土发光材料的应用
正是因为稀土发光材料具有一般发光材料无
法替代的优点 ,所以它正广泛地应用于电光源 照明、电视机显色材料、农用转换材料、X射 线荧光粉、发光涂料及发光油墨等方面。其 中电光源照明是其应用的最主要方面 ,灯用荧 光粉的产量在所有荧光粉中占据首位。
稀土发光材料在固体白光 LED照明中 的应用享有“第四代照明光源 ”美誉的固体 白光 LED,以其节能、环保和长寿命的突出优 点受到越来越多科研人员的关注 ,LED将成为 21世纪新一代的环保节能光源。正是因为其 有着其它照明光源无可替代的优点 ,包括中国 、美国、日本和欧洲在内的世界各国都加大 了对这一领域的研究 ,都争相抢占开发这一领 域的知识产权。目前 ,这一领域的大部分知识 产权都被日本垄断 ,因此 ,要拥有自己的知识 产权 ,我们必须开发一些新型的发光材料。
由于稀 土元 素 的离子具 有特 别 的电子层
结构 和丰富的能级数量 ，使它成 为了一个 巨大的发光材料宝库。在人类开发的各种发 光材料 中，稀土元素发挥着重要作用，稀土 发光几乎覆盖 了整个 固体发光的范畴。
掺稀土离子发光材料的发光机理
在外界作用下 ，物质吸收光能或电能，从而跃 迁到激发态。根据量子力学的基本原理 ，任何 激发态都是不稳定的，物质最终总是要 回到能 量更低的状态(基态)。在这个过程 中，物质具 有 比基能量多出的能量的全部或一部分 ，如果 以光的形式放出，我们称该过程为发光过程 ， 该物质为发光物质
2. 4
稀土红色荧光粉
Y2O2S:Eu3+: 1966年发现Y2O2S:Eu3+荧光体在电子激发下产生鲜艳的 红色荧光，使当时的彩色电视屏幕图像亮度提高了一倍以上， 色纯度也有很大的提高，亮度-电流饱和特性好，在使用条件
下稳定性高。
近40年来，尽管出现了许多红色发光材料，而 Y2O2S:Eu3+因其优异的性能仍然是CRT不可替代的红色荧光粉
稀土发光材料的设计与制备
导师：师奇松
稀土化合物包含至少一种稀土元素的化合物
。它是一种重要 的战略资源，特别是高新技 术工业的重要原料 ，如军事装备方面一些精 确打击武器 、一些汽车零部件和高科技产， 都依赖用稀 土金属 制造 的组 件 。据 了解， 中 国是 唯一 能 有 效提供全部 17 种稀土金 属的国家 ，且储量远远超过世界其他国家的 总和，是名副其实的“稀土大国
。
目前已被广泛应用，全世界每年市场总值达数亿美元，我 国已成为世界第一大生产国和消费国。
（1）性质
Y2O2S:Eu3+为白色晶体，具有六方晶体，
7F 0 2 高（2000℃以上），化学稳定性好。
不溶于水，熔点
5D
源自Eu3+的5D0-7F2跃迁发射，主峰位于626 nm。 Eu3+的较高 能级5D1和5D2产生的跃迁发射蓝光和绿光，会影响荧光粉的色度。
谢
谢
2.几种典型的稀土发光材料合成方法
溶胶 —凝胶 (So l—Gel)法 溶胶 —凝胶法是将金属醇盐或无机盐经水解 直接形成溶胶或经解凝形成溶胶 ,然后使溶质 聚合凝胶化 ,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成 分 ,最后得到无机材料。
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2. 2 水热和溶剂热法 水热合成指在一定温度(100 —1 000 ℃) 和一 定压力下(10 —100MPa)利用溶液中物质的 化学反应所进行的合成。这种方法利用无机 物在高温高压下几乎都具备可溶性的特点 ,在 控制合适条件的情况下 ,使得溶于水中的物质 能够从液相中结晶出来。
4. 5
展
望
稀土有机发光材料是一个涉及化学化工、生化、 物理、材料、电子学等众多学科的研究领域.它的多 色性及更宽的材料选择范围使其发展尤为迅速.材料 与器件的联系将更加密切,从而相互促进加速开拓; 理论与实践也将进一步结合,相互启发,共同提高.应 用方面,高分子聚合物与金属配合物虽然没有传统的 小分子荧光材料应用广泛,但这一领域中新的发现已 表明其潜在的应用价值及市场竞争力.相信,随着对 稀土有机发光材料发光机制,分子结构与发光性能定 量关系理论的进一步完善,性能优良的材料将会不断 出现,也将很快占领高科技市场并进入人们的生活.
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纳米稀土发光材料的应用 纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在 1～ 100 nm的稀土发光材料。纳米稀土发光材料 具有广阔的应用前景 ,如纳米量级的荧光粉颗 粒能够很好地改善阴极射线管 (CRT)和彩色 等离子显示器(PDP)涂屏的均匀性 ,有助于提 高显示清晰度。而场发射器件 ( FED)用的纳 米级荧光粉与传统的FED荧光体相比 ,其所具 有的小尺寸可以被低压电子完全浸透 ,从而使 材料得以有效使用。同时由于纳米材料的比 面积明显增大 ,发光颗粒数增加 ,从而可以减 少稀土三基色荧光粉的用量 ,致使成本降低 , 是照明灯和显示器涂屏的首选材料