稀土发光材料
稀土发光材料及其发光原理)
2020/3/26
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稀土发光材料-电致发光材料
电致发光是将电能直接转换为光能的现象。目前应 用 稀 土 电 致 发 光 的 主 要 为 交 流 薄 膜 电 致 发 光 (ACTFEL) 与粉末直流电致发光(DCEL)。ACTFEL发光材料主要有 三价稀土氟化物掺杂的ZnS和ZnSe，比如说红色发光材 料 是 ZnS:NdF3 、 ZnS:SmF3 和 ZnS:EuF3 ， 绿色 发 光材料 ZnS:TbF3、ZnS:ErF3和ZnS:HoF3，蓝色为ZnS:TmF3等； 碱 土 金 属 方 面 主 要 是 稀 土 离 子 激 活 的 CaS 和 SrS 材 料 。 DCEL主要是稀土氯化物激活的CaS和SrS材料。
上世纪70年代，稀土X射线发光材料大量应用的有 以下几类： (1)铽激活的稀土硫氧化物 RE2O2S2:Tb(RE:Gd,La,Y)。 (2)稀土激活的卤氧化镧 LaOX:R3+(R:Tb,Tm,Ce;X:Cl,Br)。 (3)二价铕激活的氟卤化钡 BaFX:Eu2+(X:Cl,Br)。 (4)稀土钽酸盐 RETaO4:M(RE:La,Gd,Y;M:Tm,Nb)。
光 的 Y2O3:Eu3+ ， 发 蓝 光 的 BaMg2Al16O27:Eu2+ 及 绿 光 的 Ce0.67Tb0.33Al11O19荧光体。由于人眼对绿光的敏感性最 强且荧光灯中绿色成分占重要地位，需要选择一种高效
的绿色发光材料。Tb3+是绿光的主要发光材料，因此通 过Tb与不同化合物的结合，晶体结构与晶体场的作用使 Tb3+更容易吸收能量进行发射。Ce3+作为敏化剂，将能 量高效的吸收传递给Tb3+。目前使用的绿色荧光体主要 有 CeMgAl11O19:Tb(CAT) ， LaPO4:Ce,Tb 及 其 变 体 ， Y2SiO5:Ce,Tb(正硅酸氧钇)以及REMg5BO10(稀土五硼酸 盐)等。
稀土发光材料
稀土发光材料稀土发光材料是一类具有特殊发光性能的材料，其发光机理主要是由于材料中的稀土离子在受激激发后发生跃迁而产生的。
稀土元素是指化学元素周期表中镧系元素和锕系元素，它们具有特殊的电子结构和能级分布，因此在材料中具有独特的光学性能，被广泛应用于发光材料领域。
稀土发光材料具有多种发光方式，包括荧光、磷光、发光等。
其中，荧光是指材料在受到紫外光等激发光源的照射后，产生可见光的现象。
而磷光是指材料在受到激发后，经过一段时间后才发出光线。
发光则是指材料在受到激发后能立即发出光线。
这些不同的发光方式使稀土发光材料在不同领域有着广泛的应用。
稀土发光材料在照明领域有着重要的应用。
由于其高效的发光性能和长寿命，稀土发光材料被广泛应用于LED照明、荧光灯、荧光屏等领域。
其中，LED照明是目前最为常见的应用之一，稀土发光材料在LED中起着至关重要的作用，能够提高LED的发光效率和色彩表现。
除了照明领域，稀土发光材料还在显示领域有着重要的应用。
例如，在液晶显示器中，稀土发光材料被用作背光源，能够提供均匀的背光效果，并且具有较高的亮度和色彩饱和度。
此外，稀土发光材料还被应用于激光显示、荧光屏等领域，为显示技术的发展提供了重要支持。
在生物医学领域，稀土发光材料也有着重要的应用。
由于其发光性能稳定、光谱范围宽，稀土发光材料被应用于生物标记、生物成像等领域。
利用稀土发光材料标记生物分子，能够实现对生物体内部结构和功能的高灵敏检测，为生物医学研究提供了重要的工具。
总的来说，稀土发光材料具有独特的发光性能和广泛的应用前景，其在照明、显示、生物医学等领域有着重要的作用。
随着科技的不断进步，稀土发光材料的研究和应用将会得到进一步的推动，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
稀土发光材料的应用
稀土发光材料的应用
稀土发光材料是指通过稀土元素掺杂后引入的缺陷能级，使材料在光激发下发生能级跃迁而发光的材料。
下面是稀土发光材料的应用：
一、发光材料
稀土发光材料可以应用于照明、显示、信息传输等领域。
比如，氧化铈中的氧空位能被Eu3+、Tb3+、Sm3+等元素作为宿主掺入，形成的材料可发出蓝、绿、红光，可以用于制备白光发光材料。
二、激光材料
稀土发光材料可以用于制备激光器。
比如，利用掺铒光纤和掺铒光纺织品，可以制备出具有985nm高能量激光输出的掺铒光纤激光器和几乎纯绿光输出的掺铒光纺织品激光器。
三、太阳能电池材料
稀土发光材料还可以用于制备太阳能电池。
比如，利用掺钕低聚物复合电解质，在太阳光的作用下，钕离子能够吸收能量，从而提高太阳能电池的转化效率。
四、光催化材料
稀土发光材料可以用于制备光催化材料。
比如，添加掺铈或掺钕的TiO2材料，在紫外光作用下能够吸收氧气，形成氧化亚氮和羟基自由基，从而具有良好的光催化性能。
五、生物传感材料
稀土发光材料还可以用于生物传感。
比如，利用荧光探针的特性，可以在细胞分子层面上进行生物分析和检测，稀土发光体系中的长发射寿命和独特的能量级分布也使其在分子分析中具有广泛的应用前景。
综上所述，稀土发光材料的应用领域十分广泛，具有重要的科学研究价值和应用前景。
稀土功能材料简介
稀土功能材料简介稀土元素具有独特的原子结构和化学性质，可以制备出多种具有特殊性能的功能材料。
本文将介绍一些主要的稀土功能材料。
1.稀土永磁材料稀土永磁材料是指利用稀土元素制成的永久磁性材料，具有高磁能积、高矫顽力和高最大磁能积等特点。
常见的稀土永磁材料包括钐钴永磁体和钕铁硼永磁体等。
2.稀土发光材料稀土发光材料是指利用稀土元素具有的独特电子结构，在激发条件下能够发出不同颜色和波长的光。
常见的稀土发光材料包括荧光粉、激光晶体和电致发光材料等。
3.稀土催化材料稀土催化材料是指利用稀土元素的化学活性，在催化剂或助剂中发挥作用，提高反应效率和产率。
常见的稀土催化材料包括汽车尾气处理催化剂、石油裂化催化剂等。
4.稀土超导材料稀土超导材料是指利用稀土元素的超导性能，在低温下具有零电阻和完全抗磁性。
常见的稀土超导材料包括镧钡铜氧化物等。
5.稀土储氢材料稀土储氢材料是指利用稀土元素的储氢性能，在吸氢状态下能够将氢气储存起来，并且可以在需要时释放出来。
常见的稀土储氢材料包括镧镍合金等。
6.稀土磁致伸缩材料稀土磁致伸缩材料是指利用稀土元素的磁致伸缩性能，在磁场作用下能够产生伸缩变化。
常见的稀土磁致伸缩材料包括铽铁氮合金等。
7.稀土抛光材料稀土抛光材料是指利用稀土元素的化学稳定性和微粒大小，在抛光液中发挥作用，使表面更加光滑亮丽。
常见的稀土抛光材料包括氧化铈颗粒等。
8.稀土玻璃添加剂稀土玻璃添加剂是指利用稀土元素的玻璃形成能力，在玻璃制造过程中改善玻璃的性能和光学性质。
常见的稀土玻璃添加剂包括镧玻璃、铈玻璃等。
浅述稀土发光材料
浅述稀土发光材料浅述稀土发光材料日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。
自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。
新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。
材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。
根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、无机发光材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。
1. 稀土发光材料简介1.1 稀土发光材料的电子组态特征稀土离子的发光特性来源于其电子构型的特殊性。
发射与激发主要源于4f能级间或5d-4f能级间的电子跃迁。
研究稀土发光材料，实际是研究4f轨道上与f电子的物理性质相关的材料。
稀土原子和离子的电子组态具有下列特征：(1) 中性La系原子中，没有4f电子的La (4f0), 4f电子半充满的Gd (4f7)和4f电子全充满的Lu (4f14)都有一个5d电子，即m＝1；此外，Ce原子也有一个5d电子，其他La系原子的 m 都为零。
(2) 对于一个具体的稀土元素，相对于6s和5d电子，4f 电子的能量要低一些，因此6s和5d最容易电离，如果没有5d电子，4f电子也容易电离一个，所以很容易形成三价稀土离子Re3+ (4fn).部分稀土元素除了稳定的+3价之外，也存在异常的+2和+4价态。
La3+ (4f0), Gd3+ (4f7)和Lu3+ (4f14)已处于稳定结构，获得+2和+4价态是相当困难的；Ce3+ (4f1)和Tb3+(4f8)失去一个电子即达稳定结构，因而出现+4价态；Eu3+ (4f6)和Yb3+ (4f13)接受一个电子即达稳定结构，因而易出现+2 价态。
(3) 三价La系离子的4f电子在空间上受到外层的5s25p6壳层所屏蔽，故受外界的电场，磁场和配位场等外场的影响较小，使它们的显著不同于过渡元素的离子在三价稀土离子中，没有4f电子的La3+ (4f0)及 4f 电子全充满的Lu3+(4f14)都具有充满的壳层，因此它们都是无色的离子，具有光学惰性，很适合作为发光和激光材料的基质。
稀土发光材料
稀土发光材料稀土发光材料，顾名思义就是利用稀土元素制成的可以发光的材料。
稀土元素是指周期表中镧系元素和钇、钪两个有关元素，它们的化学性质稳定，具有特殊的发光性质，被广泛应用于发光材料的制备中。
稀土发光材料具有很多独特的优点。
首先，稀土元素的原子结构使得它们能够吸收和发射特定波长的光，从而呈现出明亮而鲜艳的色彩。
不同的稀土元素对不同波长的光有不同的反应，因此可以通过调整稀土元素的组合和比例，来获得各种各样的颜色。
其次，稀土发光材料的荧光效率很高，能够将吸收的能量转化为可见光的能量，并较少产生热量。
这使得稀土发光材料在能源转换和光电子器件等领域有着广泛的应用前景。
例如，稀土发光材料可以用于制作高效的LED灯泡，取代传统的白炽灯和荧光灯，具有更省电、寿命更长和光效更高的特点。
此外，稀土发光材料还具有很好的化学稳定性和光稳定性，能够在宽温度范围内保持其发光性能。
它们对紫外光、氧气和湿气的敏感性较小，不容易被环境因素破坏，因此在户外环境中使用也能保持较长时间的稳定性。
稀土发光材料广泛应用于照明、显示、电子设备、生物医药和安全标识等领域。
以照明为例，稀土发光材料可以作为照明源，用于制造LED灯、彩色屏幕和激光显示器等产品。
它们还可以用于生物医药领域，作为荧光探针，用于荧光显微镜和生物标记等应用。
此外，稀土发光材料还可以用于制作荧光墨水，用于制造防伪标识和溯源等用途。
尽管稀土发光材料在科学研究和工业生产中具有广泛的应用前景，但其价格相对较高，且对环境的影响也受到了关注。
目前，科学家们正在研究开发更加环保和可持续的替代品，以解决这些问题。
总的来说，稀土发光材料凭借其独特的发光性能和优越的化学稳定性，在光电子领域有着重要的应用价值。
通过不断的研究和创新，相信会有更多新型的稀土发光材料涌现出来，为我们的生活带来更多惊喜和便利。
对稀土发光材料的认识
对稀土发光材料的认识稀土发光材料是一类具有特殊发光性质的材料，可以在受到激发能量的作用下发出可见光甚至紫外光。
稀土元素是指周期表中的镧系元素，包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、铽（Gd）、镝（Dy）、钆（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和镥（Lu）。
稀土发光材料具有许多独特的性质和广泛的应用。
首先，稀土发光材料的发光性能非常优异。
不同的稀土元素可以发射不同波长的光，从紫外光到近红外光都可以覆盖。
这使得稀土发光材料在照明、显示、荧光标记等领域有着广泛的应用。
稀土发光材料具有较高的荧光量子效率。
荧光量子效率是指激发能量转化为荧光光子能量的比例，稀土发光材料通常具有较高的荧光量子效率，可以将激发能量有效地转化为可见光。
这使得稀土发光材料在LED照明和显示技术中得到广泛应用，可以提高能源利用率。
稀土发光材料还具有良好的化学稳定性和光稳定性。
稀土元素具有较高的离子半径和较稳定的电子结构，使得稀土发光材料具有较好的耐热性和耐光性。
这使得稀土发光材料可以在高温、高光强环境下稳定工作，适用于各种特殊环境。
稀土发光材料的应用非常广泛。
在照明领域，稀土发光材料可以用于制造高效节能的LED照明产品，取代传统的白炽灯和荧光灯。
在显示领域，稀土发光材料可以用于液晶显示器背光源，提供高亮度和高色彩还原性能。
在荧光标记领域，稀土发光材料可以用于生物荧光探针，用于细胞成像、蛋白质分析等生命科学研究。
稀土发光材料还可以用于激光技术、太阳能电池、光纤通信等领域。
在激光技术中，稀土发光材料可以作为激光介质，发射高功率、窄线宽的激光光束。
在太阳能电池中，稀土发光材料可以用作增强层，提高太阳能电池的光吸收效率。
在光纤通信中，稀土发光材料可以用于制造光纤放大器，增强光信号传输的距离和质量。
稀土发光材料具有独特的发光性质和广泛的应用前景。
通过不同的稀土元素的组合和调控，可以获得不同波长的发光，满足不同领域的需求。
稀土发光材料
稀土发光材料稀土元素,是指镧系元素加上同属IIIB族的钪Sc和钇Y，共17种元素。
这些元素具有电子结构相同，而内层4f电子能级相近的电子层构型、电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解等性质，故其应用十分广泛。
1稀土发光材料的发光特性稀土是一个巨大的发光材料宝库，稀土元素无论被用作发光(荧光)材料的基质成分，还是被用作激活剂，共激活剂，敏化剂或掺杂剂，所制成的发光材料，一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。
物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当4f电子从高的能级以辐射驰骋的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。
稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。
稀土发光材料优点是发光谱带窄，色纯度高色，彩鲜艳；吸收激发能量的能力强，转换效率高；发射光谱范围宽，从紫外到红外；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级，磷光最长达十多个小时；材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束，高能射线和强紫外光的作用等。
今天，稀土发光材料已广泛应用于显示显像，新光源，X射线增感屏，核物理探测等领域，并向其它高技术领域扩展。
2稀土发光材料的合成方法稀土发光材料的合成方法包括水热合成法、高温固相合成法、微波合成法、溶胶——凝胶法、微波辐射法、燃烧合成法以及共沉淀法。
2. 1水热合成法在水热合成中水的作用是：作为反应物直接参加反应；作为矿化剂或溶媒促进反应的进行；压力的传递介质，促进原子、离子的再分配和结晶化等[1]。
由于在高温高压下，水热法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的特殊的物理、化学环境,使得前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，从而形成原子或分子生长基元，进行成核结晶生成粉末或纳米晶[2]。
稀土发光材料发光原理
稀土发光材料发光原理稀土发光材料是一类具有特殊发光性能的材料，其发光原理是通过激发能量激发稀土离子，使其跃迁至激发态，再通过非辐射跃迁回到基态而发光。
稀土发光材料具有较高的发光效率和发光稳定性，因此被广泛应用于发光器件、显示器件、荧光材料等领域。
稀土元素是指周期表中镧系元素，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铥、镱、镥等元素。
这些元素具有特殊的电子结构，其中的4f电子对其光学和电子性质具有重要影响。
稀土元素的4f电子能级结构复杂，使得其在可见光范围内具有多种发光能级，从而产生多种发光色彩。
稀土发光材料可以通过不同的激发方式获得激发能量，如电激发、光激发、热激发等。
其中，光激发是最常见的激发方式。
当稀土发光材料受到外界光源激发时，其能级结构发生变化，使得稀土离子的电子跃迁至激发态。
在跃迁过程中，激发态的电子会吸收能量，跃迁至高能级态。
当激发态的电子跃迁回到基态时，会释放出能量，产生发光现象。
稀土发光材料的发光原理可以通过能级图来解释。
在稀土离子的能级结构中，存在着多个能级，其中包括基态、激发态和辅助能级。
当稀土发光材料受到激发能量时，其能级结构发生变化，使得电子跃迁至激发态。
在激发态电子的跃迁过程中，会经历多个辅助能级，最终跃迁回到基态，并释放出能量，产生发光现象。
稀土发光材料的发光色彩取决于其能级结构和电子跃迁过程。
不同的稀土元素和不同的能级结构会产生不同的发光色彩。
例如，铒离子在激发态跃迁至基态时，会产生绿色光；钆离子在激发态跃迁至基态时，会产生红色光。
因此，通过选择不同的稀土元素和调控其能级结构，可以实现多种发光色彩的发光材料。
除了发光色彩外，稀土发光材料还具有较高的发光效率和发光稳定性。
这是由于稀土元素的特殊电子结构和能级结构，使得其在发光过程中能够有效地吸收和释放能量。
因此，稀土发光材料被广泛应用于发光器件、显示器件、荧光材料等领域。
例如，LED发光二极管中常使用铟镓氮化物作为发光层，其中掺杂有稀土离子，以实现白光发光。
稀土发光材料发光原理
稀土发光材料发光原理稀土发光材料是一种具有特殊发光性能的材料，其发光原理主要是由稀土元素的激发态和基态之间的跃迁所导致的。
稀土元素是指周期表中镧系元素和锕系元素，它们在材料中的激发态和基态之间的跃迁可以产生特殊的发光效果，因此被广泛应用于发光材料中。
稀土发光材料的发光原理主要包括两种机制，一种是基于激发态的辐射跃迁，另一种是基于能级的非辐射跃迁。
在这两种机制中，激发态的辐射跃迁是主要的发光原理。
在稀土发光材料中，当外界能量作用于材料时，稀土元素的电子会被激发到高能级的激发态，形成激发态的离子。
这些激发态的离子在短时间内会通过非辐射跃迁回到基态，释放出部分能量。
而在这个过程中，部分能量会以光的形式辐射出来，形成发光效果。
这就是稀土发光材料的发光原理之一，基于激发态的辐射跃迁。
而另一种发光原理是基于能级的非辐射跃迁。
在这种机制下，稀土元素的电子被激发到高能级的激发态后，会在非辐射跃迁的过程中释放出部分能量。
虽然这部分能量不以光的形式辐射出来，但是在一些特殊情况下，这部分能量会转化为光的能量而发光。
这种发光机制在一些特殊的稀土发光材料中也得到了应用。
除了这两种主要的发光原理外，稀土发光材料的发光效果还受到一些其他因素的影响，比如稀土元素的种类、晶体结构、杂质离子的影响等。
这些因素都会对稀土发光材料的发光效果产生一定的影响。
总的来说，稀土发光材料的发光原理是基于稀土元素的激发态和基态之间的跃迁所导致的。
这种特殊的发光原理使得稀土发光材料在发光效果上具有独特的优势，因此在LED、荧光材料、激光材料等领域得到了广泛的应用。
对于稀土发光材料的发光原理的深入研究，不仅有助于提高发光材料的性能，还可以拓展其在各种领域的应用，具有重要的科学研究和工程应用价值。
稀土发光材料
稀土发光材料稀土发光材料是一种非常特殊和具有重要应用价值的材料。
它们具有较高的发光效率、发光色彩丰富、发光稳定性好等特点，在照明、显示、生物标记、激光和光电器件等领域有着广泛的应用。
稀土元素是指化学周期表中第57至第71号元素，也包括锕系元素中放射性的钚、镅和锎。
这些元素在自然界中分布相对较少，因此被称为稀土元素。
它们的外层电子结构的特殊性使得稀土元素具有特殊的物理和化学性质，这也决定了稀土元素可以产生发光现象。
稀土发光材料的发光原理是基于稀土离子在材料中的特殊能级结构。
稀土离子的能级结构可以由外层电子结构的特殊性和晶体场效应来解释。
在材料中引入适量的稀土离子，可以使其处于不同能级，当激发能量施加到材料上时，稀土离子从较低能级跃迁到较高能级，再经过非辐射跃迁返回基态时释放出光能，产生发光现象。
稀土发光材料的种类很多，常见的有氧化物发光材料、碱金属卤化物发光材料和硫化物发光材料等。
每种材料由不同的稀土元素组成，可以发射出不同波长的光。
例如，镧系元素可以发射出红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩的光，而铒系元素则可以发射出红外光。
稀土发光材料在照明领域有着广泛的应用。
由于其较高的发光效率和发光稳定性好，稀土发光材料可以用于制造高效节能的荧光灯、LED灯和照明装饰品，有效替代传统的白炽灯和荧光灯。
稀土发光材料还可以用于显示器件，例如液晶显示器和有机发光二极管（OLED）。
此外，稀土发光材料还可以应用于生物标记。
通过在稀土发光材料上引入特定的功能分子，可以将其用于细胞和生物分子的标记和探测。
这种材料可以在低激发能量下发射出特定波长的光，用于细胞和生物分子的成像和检测。
在激光领域，稀土发光材料也起到了重要的作用。
稀土离子在材料中的激发能级结构使得其可以产生激光效应，被广泛应用于激光器件的制造。
例如，钕掺杂的氧化物和磷酸盐材料被广泛用于激光器中，发射出具有较高功率和较短波长的激光。
总之，稀土发光材料是一种非常重要的材料，具有较高的发光效率、发光色彩丰富、发光稳定性好等特点。
稀土及其发光材料
• 国内首个稀土交易平台挂牌
• 2012年8月8日上午，我国第一家稀土产品交易平台将在 包头挂牌。包钢稀土、厦门钨业等12家稀土生产和流通骨 干企业，每家出资1000万，在北方的稀土重镇包头成立国 内首个稀土交易平台。 目前全国性的稀土交易平台 是第一次建立，一定程度上解决了卖的问题，但是产的问 题还是存在的。目前国内深加工水平比较低，单靠一个稀 土的交易平台并没有解决技术升级的问题，平台的建立和 稀土深加工行业的发展会起到相互促进作用。
主要运用
• • • • • • • • • • ⑴光 源 ： 日 光 灯 C a 5 ( PO 4 ） 3 ( C l, F) : [ Sb 3 +, M n 2 + ]; BaMg2Al16O27:Eu2+; MgAl11O16:[Ce3+,Tb3+]; Y2O3:Eu3+ 高压汞灯 Y(PV)O4:Eu; YVO4:Eu,Tb 黑光灯 YPO4:Ce,Th; MgSrBF3:Eu 固体光源 GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce ⑵显示：数字符号显示 发光二极管（LED) 平板图像显示 OLED ⑶显像：黑白电视 Gd2O2S:Tb 彩色电视 Y2O3:Eu; Y2O2S:Eu 飞点扫描 Y2SiO5:Ce X射线成像 (Zn,Cd)S:Ag; CaWO4; BaFCl:Eu2+; La2O2S:Tb3+; Gd2O2S:Tb3+
稀土发光材料
• 稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的， 因 激 发 方 式 不 同 ， 发 光 可 区 分 为 光 致 发 光 (photoluminescence）阴极射线发光(cathodluminescence）、 电致发光(electroluminescence）、放射性发光(radiation luminescence）、X射线发光(X-ray luminescence）、摩 擦发光（triboluminescence）、化学发光 （chemiluminescence）和生物发光（bioluminescence） 等。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫 外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力 等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、 X射线增光屏等各个方面。
稀土发光材料
稀土发光材料
稀土发光材料是一类具有特殊发光性能的材料，由稀土元素与其他材料组成。
稀土元素是指化学元素周期表中镧系元素和锕系元素，它们在化学性质上具有相似的特点，但在发光性能上却各有特色。
稀土发光材料因其独特的光学性能，在荧光显示、激光器、LED照明、生物标记等领域得到了广泛的应用。
首先，稀土发光材料具有丰富的发光颜色。
由于不同的稀土元素在材料中的能级结构不同，因此可以发射出不同波长的光，从紫外光到红外光均可涵盖。
这使得稀土发光材料在显示和照明领域有着广泛的应用前景，可以满足不同场景下的发光需求。
其次，稀土发光材料具有较高的发光效率。
相比于传统的发光材料，稀土发光材料能够通过稀土元素的能级结构设计，使得光子的产生和发射更加高效。
这不仅提高了光源的亮度，还能够降低能源的消耗，有利于节能减排。
此外，稀土发光材料还具有较长的寿命和稳定的发光性能。
稀土元素的稳定性和化学惰性使得稀土发光材料在长时间使用过程中能够保持较好的发光性能，不易受到外界环境的影响。
这使得稀土发光材料在工业和生物医学领域有着广泛的应用前景，能够满足长期稳定发光的需求。
总的来说，稀土发光材料以其丰富的发光颜色、高效的发光效率和稳定的发光性能，成为了现代光电材料领域的热门研究方向。
在未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，稀土发光材料必将发挥越来越重要的作用，为人类的生活和产业带来更多的便利和可能。
稀土材料功能概述
稀土发光材料、稀土荧光粉、用途功能技术介绍自古以来，人类就喜欢光明而害怕黑暗，梦想能随意地控制光，现在我们已开发出很多实用的发光材料。
在这些发光材料中，稀土元素起的作用很大，稀土的作用远远超过其它元素。
一、稀土发光材料物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态（非稳定态）在反回到基态的过程中，以光的形式放出能量。
以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。
稀土元素原子具有丰富的电子能级，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。
稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。
自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能发光材料，于是利用稀土三基色荧光材料制作荧光灯的研究应运而生。
1979年荷兰菲利浦公司首先研制成功，随后投放市场，从此，各种品种规格的稀土三基色荧光灯先后问世。
随着人类生活水平的不断提高，彩电已开始向大屏幕和高清晰度方向发展。
稀土荧光粉在这些方面显示自己十分优越的性能，从而为人类实现彩电的大屏幕化和高清晰度提供了理想的发光材料。
稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹。
因此近几年稀土荧光材料的用途越来越广泛，年用量增长较快。
根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光（以紫外光或可见光激发）、阴极射线发光（以电子束激发）、X射线发光（以X射线激发）以及电致发光（以电场激发）材料等。
二、光致发光材料—灯用荧光粉灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化、艺术化方向发展。
主要用于各类不同用途的光源，如照明、复印机光源、光化学光源等。
其中三基色荧光粉（由红、绿、蓝三种稀土的荧光粉按一定比例混合而成）制成的节能灯，由于光效高于白炽灯二倍以上，光色也好，受到世界各国的重视。
稀土发光材料-
2、红粉性能的影响因素 稀土红色荧光粉
Eu3+离子浓度的影响：
➢在较低Eu3+浓度时，人们可以观测到更高能级的5D1，5D2甚至5D3的跃迁， 这些发射位于光谱的黄区和绿区，是有害的；当Eu3+浓度升高时这些高能级 的发射通过交叉弛豫被猝灭，所以荧光粉中Eu3+浓度一般在4%以上。 ➢当Eu3+浓度太高时，会形成Eu3+~Eu3+离子对。这些离子对吸收能量后形 成共振，把能量以热的形式消耗掉而不发射光。
2、稀土红粉的光学特性
Y2O3:Eu3+荧光粉吸收254nm的紫外光，发射611nm的红光，半高宽7nm。 其色纯度高，量子效率高，接近100%。光衰特性好，耐185nm的短波辐射。
Y2O3:Eu3+荧光粉的 激发光谱(a),漫反射光谱(b)
Y2O3:Eu3+荧光粉的 发射光谱
2、光谱图及色品参数
➢具有一定的耐紫外辐照和离子轰击的稳定性。
2000-2010年我国灯用稀土三基色荧光粉产销量表
年份
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
产销量（吨）
400 800 1000 1400 1800 2300 3715 5729 5506 6800 8675
第一代荧光粉
第一代灯用荧光粉(1938——1948年）
CaWO4蓝粉 最早的灯用荧光粉： Zn2SiO4:Mn绿粉
缺点：
CdB2O5:Mn橙红粉
➢光效低 (40lm/W~50lm/W) 。 ➢Be有毒。 ➢相对密度、粒度不同，不易匹配。
荧光粉的发展历史
MgWO4
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目录
一、稀土元素 二、稀土发光材料的发光原理 三、稀土发光材料的优点 四、稀土发光材料的应用 五、我国稀土发光材料生产现状 六、结束语
一、稀土元素
• 所谓的稀土元素,是指镧系元素加上同属IIIB族的 钪Sc和钇Y，共17种元素。这些元素具有电子结构 相同，而内层4f电子能级相近的电子层构型、电 价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水 解等性质，故其应用十分广泛。
3 电致发光材料
实现彩色电致发光平板显示，目前大力研究开发 掺杂稀土的电致发光的薄膜材料，一种等离子显 示板(Plasma Display Panel，PDP)已经开发成功， 制成了壁挂式的彩色电视机。PDP发光原理是在两 块玻璃基板之间的惰性气体在电压作用下发生气 体放电而产生紫外线，进而激发三基色荧光粉而 产生光。 PDP等离子显示屏中的稀土发光材料为电致发光 材料，红色为ZnSiHoF3、Zn-SiSmTmF3和ZnSiEuF3 薄膜，绿色为ZnSiTbF3、Zn-SiErF3和ZnSiHoF3薄 膜，由于蓝色发光材料Zn-SiTmF3亮度很低，因而 使用了不含稀土的ZnSiAg。
• ②碳弧灯 稀土氟化物加人到棒芯中，使弧光强度提高到 10倍，同时弧光颜色由浅黄色变为接近日光色。 这种碳弧灯用作探照灯以及彩色电影摄像和放 映。
• ③高压钠灯 高压钠灯中用半透明氧化铝作弧型管材料，氧化 铝中添加少量氧化镁和氧化钇作烧结助剂来改善 材料的光学性质，为了增强氧化铝的半透明度， 氧化钇的粒径应在25 tan左右。若粒径太大则会 降低强度。目前高压钠灯中存在的问题是稀土杂 质偏析导致钠的浸蚀氧化铝管。
物质发光现象大致分为两类：一类是物质受 热，产生热辐射而发光；另一类是物体受激发吸 收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态 的过程中，以光的形式放出能量。
Hale Waihona Puke 目录一、稀土元素 二、稀土发光材料的发光原理 三、稀土发光材料的优点 四、稀土发光材料的应用 五、我国稀土发光材料生产现状 六、结束语
三、稀土发光材料的优点
2 阴极射线发光材料
彩电显像管和计算机显示器使用的稀 土发光材料属阴极射线发光材料。
目前彩管中红粉普遍使用的是铕激活的硫氧化钇Y2O2S:Eu 磷光体，粒度6-8μ m，计算机显示器要求发光材料提供高亮 度、高对比度和清晰度，其红粉也采用Y2O2S:Eu,但Eu含量要 高一些，绿粉为TB3+激活的稀土硫氧化物Y2O2S:Tb，Dy及 Gd2O2S:Tb，Dy高效绿色荧光体，粒度为4-6μ m。大屏幕投影 电影红粉也为Y2O2S:Eu，绿粉为Tb激活的稀土发光材料如： 钇铝石榴石YAG:Tb和钇铝稼石榴石YAGG:Tb，大屏幕投影电视 因需要高电流密度激发，外屏温度高，要求发光材料能量转 换效率尽可能高，温度淬灭特性好，亮度与电流呈线性关系， 电流饱和特性好，且性能稳定。投影电视用荧光粉每年可消 费数吨稀土氧化物。
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五、我国稀土发光材料生产现状
• 我国拥有发展稀土应用的得天独厚的资源优势， 在现已查明的世界稀土资源中，80%的稀土资源在 我国，并且品种齐全。从1986年起，我国稀土产 量已跃居世界第一位，使我国从稀土资源大国成 为稀土生产大国。目前，无论是储存、产量，还 是出口量，我国在世界稀土市场上占有举足轻重 的地位。而我国在稀土深加工方面，在稀土功能 材料的开发和应用技术方面并不站在世界前列， 与世界先进水平还有相当的差距，需要我们奋起 赶上。
• ① 汞灯 稀土荧光粉用于高压汞灯中已有多年。此灯 的原理是利用氩气在汞蒸气中的放电作用，它的 光强度高于荧光灯。所有铕激活的钡酸钇荧光粉 起改善光色作用。高压汞灯主要应用于街道和工 厂照明。但是，近年来钠放电灯和金属卤化物HQT 灯已代替了高压汞灯，它的市场已衰落。钠放电 灯和金属卤化物HCrr灯比汞灯的颜色再现性好， 发射出的光色与天然光相似的白光。将铈激活的 钡酸钇荧光粉混人，制成40OW 的暖色汞灯，光通 量为25500 lm，色温3350 K，比普通汞灯的稳定 性好、效率高。
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一、稀土元素 二、稀土发光材料的发光原理 三、稀土发光材料的优点 四、稀土发光材料的应用 五、我国稀土发光材料生产现状 六、结束语
六、结束语
• 伴随着节能照明和消费电子产业的崛起，稀土发 光材料行业内新技术新产品层出不穷，稀土发光 材料的产业应用出现爆发式增长，稀土发光材料 已经成为节能照明、显示器和特种光源生产中不 可或缺的基础材料。随着应用领域的不断拓展， 稀土发光材料行业的未来发展潜力巨大。
这种发光现象称为荧光。
撤去激发源后，荧光立即停止。
三、稀土发光材料的优点
•发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳； •吸收激发能量的能力强，转换效率高； •荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级，磷光最长 达十多个小时 •材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束， 高能射线和强紫外光的作用等
被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光，
这种发光现象称为磷光。 有时磷光能持续几十分钟甚至数小时，这种发
光物质就是通常所说的长余辉材料。
即：“荧光” 指的是激发时的发光，而“磷
光”指的是发光在激发停止后，可以持续一段时间。
三、稀土发光材料的优点
•发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳； •吸收激发能量的能力强，转换效率高； •荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级，磷光最长 达十多个小时 •材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束， 高能射线和强紫外光的作用等
•发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳； •吸收激发能量的能力强，转换效率高； •荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级，磷光最长 达十多个小时 •材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束， 高能射线和强紫外光的作用等
激活剂吸收能量后，激发态的寿命极短，一
般大约仅10-8s就会自动地回到基态而放出光子，
其中，横坐标为原子序数， 纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。
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一、稀土元素 二、稀土发光材料的发光原理 三、稀土发光材料的优点 四、稀土发光材料的应用 五、我国稀土发光材料生产现状 六、结束语
二、稀土发光材料的发光原理
• 因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道， 它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之内跃迁， 发出不同波长的光。稀土元素原子具有丰富的电 子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得 多种发光性能。
• 等离子显示屏中大都采用稀土荧光粉。因此，在 等离子显示屏取代了今天的电视后，对稀土荧光 粉的需求将大大增加，其用量将是同尺寸阴极射 线管的1．5倍。目前阴极射线管中只有红粉采用 稀土荧光粉，而等离子显示屏中三色均有使用稀 土的可能。待等离子显示屏普及后，屏幕尺寸也 将增大。
4 增感屏
医用x射线照相时，为将x射线图像转换为可视图 像，需使用增感屏。增感屏也有多种，其中高灵敏度 增感屏使用Cd202S：Tb荧光粉。与其它荧光粉相比， Gd202S：Tb可通过x射线励磁发出高效率的白光或绿 光。估计这种荧光粉在日本的年产量为20 t左右。 目前稀土发光材料，在照明、显示、信息等方面 已获得广泛的应用，成为人类生活中不可缺少的重要 组成部分。日本稀土荧光材料的生产、消费和出口均 居世界前列，年产各种稀土荧光粉530 t，主要消费 领域为三基色荧光灯(约占62％)、彩电和计算机用阴 极射线管(CRT)(约占34％)、x射线增感屏(约占3．7 ％) 。
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一、稀土元素 二、稀土发光材料的发光原理 三、稀土发光材料的优点 四、稀土发光材料的重要应用 五、我国稀土发光材料生产现状 六、结束语
四、稀土发光材料的重要应用
1 光致发光材料 2 阴极射线发光材料 3 电致发光材料
4 增感屏
1 光致发光材料
• 灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土 节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、 低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实 用化、智能化等方面发展。这些发光灯主要被用 于照明、复印机光源、光化学光源等由发射红、 绿、蓝3种含稀土的荧光粉(即三基色荧光粉)按一 定比例混合制成的节能灯。由于其光效高于白炽 灯数倍，光色也好，被长期用于办公室、百货商 店和工厂中的照明中。
• 一般节能灯用三基色发光材料的红粉量子效率为 90％ ，而等离子显示(PDP)的稀土发光材料的红 粉量子效率必须达到100％ 以上，才能达到实际 应用。实践证明，一些稀土硼酸盐和氟化物具有 高的发光效率和稳定性，因此可以选择以硼酸盐 和氟化物作为基质的稀土发光材料。 三基色稀土荧光材料生产技术科技含量高、产品 附加值高、投资少、见效快，且无三废、无污染， 具有较好的经济效益和社会效益。