稀土元素的光谱特征汇编
稀土元素的能级跃迁和光谱特征109页PPT
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11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
稀土元素的能级跃迁和光谱特征
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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Hale Waihona Puke 9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
元素周期表中稀土元素的特点与应用
元素周期表中稀土元素的特点与应用稀土元素是指原子序数为57至71之间的15种化学元素，它们在元素周期表中位于镧系元素下方的区域。
由于稀土元素具有一系列独特的物理和化学特性，它们在许多领域中具有重要的应用价值。
本文将探讨稀土元素的特点以及它们在不同领域中的应用。
一、稀土元素的特点1. 原子结构：稀土元素的原子结构比较复杂，外层电子结构的变化较小。
随着原子序数的增加，原子半径逐渐减小，原子核电荷增加，电子外层吸引力增强。
2. 磁性：稀土元素中的某些元素，如钕、钆等，表现出较强的磁性。
稀土元素的磁性主要来源于其内部配置的f电子。
这使得稀土元素在制备永磁材料等方面具有重要应用。
3. 化学反应性：稀土元素的化学反应性中等偏弱，容易与非金属元素发生反应，形成稀土化合物。
此外，稀土元素也能形成多种氧化态，具有较强的氧化性。
4. 光谱特性：稀土元素具有丰富的光谱特性，包括可见光和红外线范围。
这些特性使得稀土元素在激光器、荧光材料以及光纤通信等方面有广泛应用。
二、稀土元素的应用1. 电子技术领域：稀土元素在电子技术领域的应用非常广泛。
例如，镧系元素在显示器件中可用作磷光体，发出不同颜色的光，并形成彩色图像。
此外，稀土元素也可用于制备磁记录材料、半导体材料等。
2. 磁性材料：稀土元素在磁性材料中发挥着重要作用。
例如，钕铁硼永磁材料具有较高的磁性能，广泛应用于电机、声音设备、信息存储等领域。
其他稀土元素如铽、铒等也有磁性材料的应用。
3. 催化剂：稀土元素催化剂在化学工业中扮演重要角色。
稀土元素的催化剂可用于石油加工、化学合成、环境保护等各种反应中。
催化剂的加入能够提高反应速率和选择性，降低能量消耗。
4. 光电材料：稀土元素在光电材料方面有广泛应用。
稀土元素的光谱特性可用于制备激光器、荧光粉、发光二极管等器件。
稀土元素的发光稳定性高，具有较长的寿命。
5. 生物医学领域：稀土元素在生物医学领域的应用日益增多。
它们被用作示踪剂、荧光探针、抗肿瘤药物等。
2-稀土离子的光谱特性
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢小黑点的疏密表示电子在核外空间单 位体积内出现的概率的大小。
现代物质结构学说 电子云
描述核外电子运动状态的四个量子数
1、主量子数n（电子层）
原子核外的电子可以看作是分层排布 的。处于不同层次中的电子，离核的 远近也不同。离核愈近的电子层能级 愈低，离核愈远的电子层能级愈高。
能层 K L
M
N
符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
最多电子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
第一电子层只有一个亚层，第二电子层有两个，以 此类推，第n个电子层最多有n个亚层。
3、磁量子数m：轨道(电子云的伸展方向)
电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s 电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程 度相同。p电子云在空间可以有三种互相垂直的伸展 方向。d电子云可以有五种伸展方向，f电子云可以 有七种伸展方向。
④阴离子中：质子数=核外电子数-离子所带电荷数
近
代 原
发 现
带 核
子 电原
论 子子
结
构
模
型
轨 道 原 子 结 构 模 型
电 子 云 模 型
电子云模型 （现代物质结构学说）
❖ 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围 有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少， 就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了 “电子云模型”。
简略表示
第3层
第2层
原子核
第1层
原子核带正子结构示意图
2.1 稀土元素和离子的电子组态及特性
稀土元素是一组化学性质非常相似的元素，由钪 （21）、钇（29）和57的镧增至71的镥等17种元素组成。 稀土离子的光谱特性主要取决于稀土离子的特殊组态。
2-稀土离子的光谱特性
磁量子数与原子轨道
❖ 对于角量子数为l 的原子，m的取值有 （2l +1）个。（注意l 的取值从0开始,到±l）
❖ n、l 相同的轨道被称为等价轨道或简并轨道
s 轨道
物体而言）； 电子的运动速度很大；
图中 表示原子核，一个小黑点代表 电子在这里出现过一次
➢小黑点的疏密表示电子在核外空间单 位体积内出现的概率的大小。
现代物质结构学说 电子云
描述核外电子运动状态的四个量子数
1、主量子数n（电子层）
原子核外的电子可以看作是分层排布 的。处于不同层次中的电子，离核的 远近也不同。离核愈近的电子层能级 愈低，离核愈远的电子层能级愈高。
原子半径 187.7 182.5 182.8 182.1 181.0 180.2 204.2 180.2 178.2 177.3 176.6 175.7 174.6 194.0 173.4 180.1
三价离子 La3+ Ce3+ Pr3+ Nd3+ Pm3+ Sm3+ Eu3+ Gd3+ Tb3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ Yb3+ Lu3+ Y3+
❖ ② 泡利不相容原理：一条轨道最多容纳两个自旋 相反的电子。
各层最多容纳2n2 个电子
❖ 最外层不超过8个（K层2个） ❖ 次外层不超过18个， ❖ 倒数第三层不超过32个。
③ 洪特规则 (Hund’s rule)：在等价轨道上，电子将尽先分占
各轨道，且自旋平行。（量子力学理论已证明：原子中自旋平行 电子的增多有利于能量的降低）
稀土材料的光学性质与光谱分析
稀土材料的光学性质与光谱分析引言稀土材料是指由稀土元素组成的材料，由于其独特的光学性质而受到广泛关注。
稀土材料的光学性质包括吸收、发射和激发的能量传递等方面，这对于光学器件的设计和应用具有重要意义。
光谱分析是研究稀土材料光学性质的主要方法之一，通过光谱分析可以获取材料在不同波长下的吸收和发射特性，从而了解其内部结构和能量转移过程。
本文将介绍稀土材料的光学性质以及光谱分析的原理和方法。
稀土材料的光学性质稀土材料具有丰富的光学性质，其中最重要的是它们在可见光波段的吸收和发射特性。
稀土离子的能级结构决定了它们在不同波长下的光学行为。
吸收特性稀土离子的能级结构可以使其在特定波长范围内吸收光能。
当光子的能量与稀土离子能级的能量差相匹配时，稀土离子会吸收光子的能量并跃迁到激发态。
这种吸收特性对于光学传感器和光电器件的设计非常重要。
发射特性稀土离子从激发态跃迁到基态时，会通过发射光子的方式释放能量。
这种能量的释放可以是荧光或者磷光的形式。
稀土材料的发射特性使得它们在荧光显示、固态激光器、药物标记等领域具有广泛应用。
能量传递过程稀土材料中的离子之间可以发生能量传递，这种传递通常通过非辐射跃迁实现。
能级之间的跳跃会导致能量从一个离子传递到另一个离子，从而影响整个材料的光学性质。
这种能量传递过程对于稀土材料的荧光效率和时间特性有重要影响。
光谱分析的原理和方法光谱分析是研究稀土材料光学性质的重要手段，在分析稀土材料的光谱特性时，主要使用的方法有吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱吸收光谱是研究稀土材料吸收特性的重要手段。
在吸收光谱实验中，通过测量被材料吸收的光线强度的变化，可以得到吸收光谱曲线。
吸收光谱曲线可以告诉我们材料在不同波长下的吸收能力，从而了解其能级结构和吸收机制。
发射光谱发射光谱是研究稀土材料发射特性的主要手段。
在发射光谱实验中，通过激发稀土材料并测量其发射的光线强度，可以得到发射光谱曲线。
发射光谱曲线可以告诉我们材料在不同波长下的发射能力，从而了解其能级结构和发射机制。
稀土材料的光机电特性研究
稀土材料的光机电特性研究引言稀土材料是一类具有丰富光机电特性的材料，在光学、电子学和磁学等领域有着广泛的应用。
研究稀土材料的光机电特性可以帮助我们更好地理解其基本物理性质，并为开发新型光电器件和磁性材料提供理论指导。
本文将对稀土材料的光机电特性进行综述，并探讨其在不同领域的应用。
一、稀土元素的特点稀土元素是指周期表中镧系元素和钇元素，共计17个元素。
稀土元素的特点包括：光谱特性丰富、磁矩大、化学稳定性高等。
这些特点使得稀土元素及其化合物在光学、电子学和磁学等领域有着重要的应用价值。
二、稀土材料的光学特性稀土材料的光学特性主要表现为特定波长下的发射光谱和吸收光谱。
稀土元素的能级结构决定了它们在特定波长下的发射和吸收行为。
通过对稀土材料在不同光谱条件下的发射和吸收行为的研究，可以了解稀土材料的能带结构和能级分布，进一步理解其光学特性。
三、稀土材料的机械特性稀土材料在机械领域的应用主要体现在材料的强度、硬度和韧性等方面。
稀土元素的特殊晶体结构和微观缺陷对材料的机械性能有着重要的影响。
通过研究稀土材料的机械特性，可以优化材料的强度和硬度，并为材料设计和工程应用提供依据。
四、稀土材料的电子特性稀土材料的电子特性表现为离子和电子的输运行为以及材料的输运性质。
稀土材料一般具有较高的导电性和热导性，可以用于制备电子器件和热电材料等。
研究稀土材料的电子特性有助于探索新型电子器件和提高材料的电导率等性能。
五、稀土材料的应用领域稀土材料的独特光机电特性使其在多个领域有着广泛的应用。
在光学领域，稀土材料广泛应用于激光器、光纤通信和显示器件等；在电子学领域，稀土材料可用于制备场效应晶体管和磁性存储器等器件；在磁学领域，稀土材料在磁性材料的开发和应用中起到关键作用。
结论稀土材料的光机电特性研究对于深入理解稀土元素的物理性质和开发新型材料具有重要意义。
通过研究稀土材料在光学、机械和电子领域的特性，可以为新材料的开发和应用提供理论指导，并推动材料科学和工程的发展。
稀土元素 发光谱
稀土元素发光谱
答：稀土元素具有独特的发光性质，其发光光谱是一个重要的研究领域。
稀土元素在受到特定能量的光照射时，会吸收能量并跃迁到高能级，然后通过辐射跃迁回到低能级，释放出光子。
这个过程就是稀土元素的发光现象。
由于稀土元素具有丰富的能级结构，它们可以产生多种不同波长的光，形成丰富多彩的发光光谱。
通过对稀土元素发光光谱的研究，人们可以了解稀土元素的能级结构、跃迁机制以及与周围环境的相互作用等重要信息。
这些信息对于理解稀土元素的发光性质、开发新的发光材料以及优化现有发光器件的性能都具有重要的意义。
此外，稀土元素发光光谱在生物医学、环境监测、能源科学等领域也有广泛的应用。
例如，利用稀土元素荧光探针可以实现对生物体内特定分子的高灵敏度检测；在能源领域，稀土元素荧光材料可以用于太阳能电池、LED等器件的优化和改进。
总之，稀土元素发光光谱是一个充满挑战和机遇的研究领域，对于推动科学技术的进步和发展具有重要意义。
稀土离子的光谱特性
第二讲稀土离子的光谱特性稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。
稀土元素的原子具有未充满的受到外层屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成众多的发光和激光材料。
稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f—f组态之内或f—d组态之间的跃迁。
具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们可发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。
稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使其成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。
第一节稀土元素基态原子的电子层构型及光谱项1、稀土元素的电子层构型稀土元素包括17种元素，即属于元素周期表中ⅢB族的15个镧系元素以及同一族的钪和钇。
钪和钇的电子层构型分别为：Sc 1s22s22p63s23p63d14s2Y 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2镧系原子的电子层构型为：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f n5s25p65d n＇6s2，n=0-14, n＇=0或1。
镧系稀土元素电子层结构的特点是电子在外数第三层的4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取0、±1、±2、±3等7个值，故4f亚层具有7个轨道。
根据Pauli不相容原理，在同一原子中不存在4个量子数完全相同的两个电子，即一个原子轨道上只能容纳自旋相反的两个电子，4f亚层只能容纳14个电子，从La到Lu，4f电子依次从0增加到14。
形成三价稀土离子时首先失去的是6s和5d电子，使三价稀土离子具有顺序增加的4f n 电子结构，n=0，1，…，14，分别对应于La 3+，Ce 3+，…，Lu 3+离子。
稀土元素的光谱特征共109页
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
稀土元素的光谱特征
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
17种稀土元素特点及应用大全
稀土元素是化学元素周期表中的一组元素，它们的化学性质和物理性质十分相似，难以分离和提纯。
但是，由于它们特殊的磁性、光学和电学性质，稀土元素在现代科技中扮演着重要的角色。
本文将介绍17种稀土元素的特点及其在各个领域的应用。
1. 钕（Nd）- 钕是稀土元素中最常见的一种，它具有很强的磁性。
NdFeB磁体是目前最常用的永磁材料，广泛应用于电机、发电机、音响和磁选等各种领域。
2. 镨（Pr）- 镨是一种铁磁性稀土元素，它具有很好的氧化性能，常用于制作高温陶瓷、金属合金等材料。
3. 钆（Gd）- 钆是一种铁磁性金属，在核磁共振成像、核磁共振磁体和磁性材料方面有着重要应用。
4. 铽（Tb）- 铽是一种铁磁稀土元素，它的化合物可用于制造高温超导体、磁性材料、激光器材料等。
5. 镝（Dy）- 镝是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、金属合金等。
6. 镝（Dy）- 镝是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、金属合金等。
7. 镱（Tm）- 镱是一种稀土元素，其化合物可用于激光材料、半导体材料、核燃料等。
8. 镱（Yb）- 镱是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于磁性材料、高温超导体、核燃料等。
9. 镧（La）- 镧是一种铁磁稀土元素，其主要化合物氧化镧可用于制备催化剂、磁性材料、光学玻璃等。
10. 铈（Ce）- 铈是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备催化剂、磁性材料、汽车尾气净化催化剂等。
11. 镨（Pr）- 镨是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、激光器材料等。
12. 钆（Gd）- 钆是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、核磁共振成像材料等。
13. 铽（Tb）- 铽是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、激光器材料等。
14. 镝（Dy）- 镝是一种铁磁稀土元素，其化合物可用于制备高温超导体、磁性材料、金属合金等。
稀土元素发光特性及其应用(精)
ty.
Keywords:rare_earth;luminescence material;laster material;fluorescence material
激光在医学上可当成/手术刀0用于眼科和牙科等外科手术.例如钬激光器[8]便可用于治疗青光眼.手术时,医生向结膜皮层插入一根石英光纤针,将钬激光器发射的激光输送到巩膜上,通过控制,在巩膜上烧出直径为0.2-0.3毫米的小孔,让一种药液泻流到结膜和巩膜之间的腔体内,以保持正常眼压,从而治愈青光眼病.脉冲钕激光器(Nd-YAG,钕钇铝石榴石已用于牙科医疗中,并逐步取代古老的钻孔机.该激光器具有1.06微米的波长,3瓦的最大输出功率,可用于治疗硬牙组织和软牙组织,还可除去牙齿腐烂物而不会让病人感觉到疼痛.另外,稀土激光材料(如Y3Al5O12Nd还可以用于激光治疗消化道息肉(包括大肠、胃、十二指肠,贲门和食管息肉、鼻咽部囊肿、咽部血管瘤等病症,均取得很好疗效[9].
第12卷第4期
化学研究Vol.12 No.42001年12月C HE MICAL RESEARC H Dec.2001
的La3+离和4f层全满的Lu3+离子以及4f层半充满的Gd3+离子为无色,其他稀土离子的颜色以Gd3+离子为对称轴,其颜色具体为[3]:
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
近年来,稀土元素作为光学高新材料的原料宝库,其价值和应用日益受到广泛的关注,世界各国都把目光投向稀土元素功能的开发上,稀土元素被称为21世纪的战略元素.稀土元素性质相似,最初是从相当稀少的矿物中,以氧化物的形态发现的.以前常把氧化物称为土,因此得名稀土.稀土元素属于元素周期表中ÓB族,它包括钪(Sc和钇(r和镧系元素在内,一共17种元素.镧系元素镧(La、铈(Ce、镨(Pr、钕(Nd、钷(Pm、钐(Sm、铕(Eu、钆(Gd、铽(Tb、镝(Dy、钬(Ho、铒(Er、铥(Tm、镱(Yb、镥(Lu.
稀土元素的光谱特征及
其中Sm3+ Eu3+除了基态（６H5/2, 7F0)向激
3
发态跃迁外，还存在着由第一、二激发态
4
（ Sm3+ ：６H７/2 和Eu3+ ：7F１ 7F２)向更高能态
5
的跃迁。能级图.ppt
6
Sm3+ Eu3+的这种有别于其它三价稀土离子
7
的情况是由于Sm3+ 的６H７/2 和Eu3+ 的7F１ 7F２
8
能级与基态能级差太小，常温下部分离子可居于
9
上述能态的原因。
10
2.f-d跃迁光谱 稀土离子的f-d跃迁光谱不同于f-f跃迁光 谱。 4f n → 4f n-15d1跃迁是组态间的跃迁。 这种跃迁是宇称选律规则允许的，因此 4fn→4fn-15d1跃迁强度较大。 摩尔消光系数 Є＝50-800 l/molcm。 稀土离子（III）的4fn → 4fn-15d1 跃迁吸收带一般出现在紫外光区。 并具有以下 特点：
3-3稀土配合物的吸收光谱
当稀土离子与配体形成配合物时，配
体场对稀土离子的f-f跃迁光谱产生一定
的影响，通常使f-f跃迁谱带位置发生移
动，同时也会改变谱带的强度。
下面我们将从这两个方面分别讨论稀
土配合物的吸收光谱。
01
02
形成配合物后中心离子与配体之间存
01
在着某种程度的共价作用，这种共价作用
04
移；
05
配体的电子云部分转移到稀土离子的
06
空的6s6p轨道上形成部分共价键，同时
07
对4f轨道能级产生影响，使4f轨道能级发
08
生改变，导致谱带位移。
影响电子云重排效应的因素： a.配体的性质： 稀土离子配合物电子云重排效应的 大小可定量的用电子云重排参数 （１－β，）来表示。 （１－β，）越大表示谱带位移程度 越大。
20121102稀土离子的光谱特性
第二讲稀土离子的光谱特性稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。
稀土元素的原子具有未充满的受到外层屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成众多的发光和激光材料。
稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f—f组态之内或f—d组态之间的跃迁。
具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们可发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。
稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使其成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。
第一节稀土元素基态原子的电子层构型及光谱项1、稀土元素的电子层构型稀土元素包括17种元素，即属于元素周期表中ⅢB族的15个镧系元素以及同一族的钪和钇。
钪和钇的电子层构型分别为：Sc 1s22s22p63s23p63d14s2Y 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2镧系原子的电子层构型为：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f n5s25p65d n＇6s2，n=0-14, n＇=0或1。
镧系稀土元素电子层结构的特点是电子在外数第三层的4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取0、±1、±2、±3等7个值，故4f亚层具有7个轨道。
根据Pauli不相容原理，在同一原子中不存在4个量子数完全相同的两个电子，即一个原子轨道上只能容纳自旋相反的两个电子，4f亚层只能容纳14个电子，从La到Lu，4f电子依次从0增加到14。
形成三价稀土离子时首先失去的是6s和5d电子，使三价稀土离子具有顺序增加的4f n 电子结构，n=0，1，…，14，分别对应于La 3+，Ce 3+，…，Lu 3+离子。
稀土材料的发光特性和荧光应用
稀土材料的发光特性和荧光应用导言稀土材料是一类具有特殊发光性质的材料，由于它们在发光材料和光电器件中的广泛应用，备受研究者的关注。
本文将介绍稀土材料的发光特性以及其在荧光应用中的重要性。
发光特性稀土材料的发光特性是由于其特殊的能级结构和电子跃迁机制而产生的。
稀土元素由于其外层电子构型的特殊性，使得它们的能级分布和电子跃迁方式与其他元素有所不同。
稀土材料的发光特性可以分为两类：吸收光谱和发射光谱。
吸收光谱稀土材料的吸收光谱通常具有特殊的吸收峰值，这是由于稀土元素能级结构中的电子跃迁引起的。
不同的稀土元素具有不同的吸收峰值，这使得它们在不同波长区域的光吸收方面具有独特的特点。
例如，铒离子的吸收峰位于紫外光区域，而铽离子的吸收峰位于可见光区域。
发射光谱当受到激发能量后，稀土材料会发射特定波长的光。
这是因为电子从高能级向低能级跃迁所释放出的能量以光的形式散发出来。
稀土材料的发射光谱通常具有窄的谱线宽度和高的发射强度。
这使得稀土材料成为制备高纯度荧光材料的理想选择。
荧光应用稀土材料的发光特性使得它们在荧光应用中具有广泛的应用前景。
以下是几个常见的荧光应用领域：环境污染检测稀土材料的发光特性使得它们可以被用于环境污染检测。
通过将稀土材料与污染物相结合，可以设计出能够测量和监测环境中特定污染物浓度的传感器。
例如，镝离子可以与重金属离子结合形成复合材料，在特定激发波长下发射特定的荧光信号，从而实现对重金属污染物的定量检测。
生物荧光成像稀土材料的发光特性使其在生物荧光成像中有广泛的应用。
通过将稀土材料引入生物体内，可以将其用作荧光标记剂。
稀土材料的窄谱线宽度和长寿命使得它们能够提供高对比度和高分辨率的图像，这对于生物体内细胞和组织的研究具有重要意义。
光电器件稀土材料的发光特性使其在光电器件中有广泛应用。
例如，稀土材料可以用作发光二极管（LED）的发光层，通过激发材料内部的稀土离子发射特定波长的光来实现显示和照明功能。
稀土离子的光谱学研究报告
稀土离子的光谱学研究报告本报告概述了稀土离子光谱的特征、类型及其测定，总结了稀土光谱的发现和研究过程以及研究现状。
简略讨论了不同掺杂浓度、不同温度和压力条件下对稀土离子光谱的影响。
1.稀土光谱的特征、测定方法和类型晶体中稀土离子的发光光谱分为两类：一类是锐线型光谱，一类是较宽的带状谱。
锐线型光谱是来自4f N组态内能级间的跃迁，也称为f-f跃迁，较宽的带状谱主要是来自4f N组态和4f N-15d组态能级之间的跃迁。
对于f-f跃迁光谱，由于稀土离子光谱是4f电子轨道能级间的跃迁行为，而4f电子的主量子数n=4，轨道角动量l=3，量子数较大，形成的能级数量多，能级之间的跃迁多，可以形成从紫外光到红外光各种波段的光谱，并且由于稀土离子的光谱属于类原子的窄带光谱，因此，光色纯正，是发光材料的理想激活离子。
现在40000cm-1以下的光谱能级已经从实验上测出并被归属了相应光谱项名称，这就是著名的Dieke 能级图[1]。
目前为止，稀土离子在晶体中的f-f跃迁光谱基本上已经了解。
对于4f-5d跃迁宽带光谱的研究远比f-f跃迁光谱的研究少，原因是5d能级较高，4f-5d跃迁宽带光谱主要集中在真空紫外区域，通常的光谱仪不能测量这个区域，需要特殊光谱仪，另外，较理想的真空紫外光源也缺乏，限制了对它们的深入研究。
20世纪90年代后，由于同步辐射加速器和高能粒子对撞机的广泛应用，提供了真空紫外的连续光源，这方面工作逐步开展起来[2]。
对稀土光谱的测量不仅可以了解稀土离子本身的状态，也可以了解稀土离子周围环境的状态，并且光谱方法具有极高的灵敏度。
常用光谱种类和原理简介如下：1)吸收光谱当一束连续光通过透明介质时，如果光波能量和介质中从基态到激发态的能量间隔相等，介质中的状态将由基态被激发到激发态，透过透明介质的光将因这样的吸收而光强减弱。
由于激发态不同，它们的吸收能量不一样，这样在记录透过透明介质后的光强时就形成了光强随着波长变化的谱线，即吸收光谱。
稀土元素原子发光光谱
稀土元素原子发光光谱1.引言稀土元素具有独特的电子结构和化学性质，这使得它们在许多领域中具有重要应用价值。
从工业到科研，稀土元素都扮演着不可或缺的角色。
了解稀土元素的原子发光光谱特性及分析方法，对于深入理解和应用稀土元素具有重要意义。
2.稀土元素概述稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和镥（Lu）。
这些元素在自然界中普遍存在，但在地壳中的丰度较低。
3.原子发光光谱原子发光光谱是研究原子能级跃迁的一种重要技术。
当原子从高能级跃迁到低能级时，会释放出光子，其能量等于两个能级之间的差距。
通过分析这些光子的波长和强度，我们可以了解原子的结构和化学反应动力学。
4.稀土元素原子发光光谱特性不同的稀土元素具有独特的原子发光光谱。
这些光谱不仅反映了元素的原子结构和电子跃迁特性，还与其化学性质密切相关。
通过对这些光谱的研究，我们可以了解稀土元素的化学反应动力学、离子化态、浓度等信息。
5.光谱分析方法光谱分析方法是一种重要的化学分析手段，可用于定性、定量分析物质中的元素组成及其含量。
常用的光谱分析方法包括原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱等。
这些方法可单独使用，也可结合使用以提高分析精度和效率。
6.光谱应用领域稀土元素的原子发光光谱在多个领域具有广泛的应用价值。
例如，在地质学中，稀土元素的光谱特征可用于研究地球的形成和演化过程；在环境科学中，稀土元素的光谱特征可用于检测环境污染程度；在材料科学中，稀土元素的光谱特征可用于研究材料的结构和性能。
此外，稀土元素的光谱特征还在冶金、电子、光学等领域得到广泛应用。
17种稀土元素特点及应用大全
17种稀土元素特点及应用大全稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，共17个元素。
“稀土”一词是十八世纪沿用下来的名称，因为当时用于提取这类元素的矿物比较稀少，而且获得的氧化物难以熔化，也难以溶于水，也很难分离，其外观酷似“土壤”，而称之为稀土。
稀土元素分为“轻稀土元素”和“重稀土元素”：“轻稀土元素”指原子序数较小的钪Sc、钇Y和镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu。
“重稀土元素”原子序数比较大的钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。
稀土元素特性及应用简介：1、镧(La)镧的应用非常广泛，如应用于压电材料、电热材料、热电材料、磁阻材料、发光材料（兰粉）、贮氢材料、光学玻璃、激光材料、各种合金材料等。
它也应用到制备许多有机化工产品的催化剂中，光转换农用薄膜也用到镧，在国外，科学家把镧对作物的作用赋与“超级钙”的美称。
2、铈（Ce）A、铈作为玻璃添加剂，能吸收紫外线与红外线，现已被大量应用于汽车玻璃。
不仅能防紫外线，还可降低车内温度，从而节约空调用电。
B、目前正将铈应用到汽车尾气净化催化剂中，可有效防止大量汽车废气排到空气中。
美国在这方面的消费量占稀土总消费量的三分之一强。
C、硫化铈可以取代铅、镉等对环境和人类有害的金属应用到颜料中，可对塑料着色，也可用于涂料、油墨和纸张等行业。
目前领先的是法国罗纳普朗克公司。
D、Ce:LiSAF激光系统是美国研制出来的固体激光器，通过监测色氨酸浓度可用于探查生物武器，还可用于医学。
铈应用领域非常广泛，几乎所有的稀土应用领域中都含有铈。
如抛光粉、储氢材料、热电材料、铈钨电极、陶瓷电容器、压电陶瓷、铈碳化硅磨料、燃料电池原料、汽油催化剂、某些永磁材料、各种合金钢及有色金属等。
3、镨(Pr)镨是用量较大的稀土元素，其主要用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。
第二章稀土元素的结构特征资料教程
稀土元素的几何性质
在常温、常压条件下，稀土金属有下列五种晶体结构： （1）密排六方结构—原子堆垛次序为ABABAB等，符合此
结构的有钪、钇和从钆到镥的所有重稀土金属（Yb除外）； （2）面心立方结构—原子堆垛为ABCABC等，铈和镱属此
结构； （3）双六方结构—原子堆垛为ABACABAC等，镧、镨、钕、
S—为离子自旋总角动量量 子数
J—为离子总角动量量子数
• 电子自旋磁矩 与其自旋角动量 • 它们的矢量和是该离子的总磁矩
•
是电子的总角动量
• 若4f层上有多个电子，电子的自旋和轨道运 动也有耦合，全体该层中的电子的总角动 量才是守恒不变的量。由于稀土的4f电子服 从L–S耦合，
•
分别是该离子的轨道角动量
二、稀土元素的电子层结构特点和 价态
稀土离子的变价
• 稀土元素之间电子层结构上存在差异，4f电子的 数目对价态也有一定影响。
• 根据光谱学上的洪德（Hund）规则，在原子或离 子的电子层结构中，当同一层处于全空、全满或 半满的状态时比较稳定。用到4f层上，则有La3+、 Gd3+、Lu3+的基态电子各为[Xe]4f0、[Xe]4f7 和 [Xe]4f14[见表2–1。因此它们是比较稳定的3价态。
• 从Ce3+的4f1开始，由于4f电子可在7个轨道之间任 意配布，从而产生了各种光谱项和能级。现已查 明，在三价稀土离子的4fn组态中，共有1639个能 级，能级对之间的可能跃迁数目高达199177个。
• 通常具有未充满f壳层的原子或离子的光谱约有3 万余条可观察到的谱线，具有未充满d电子壳层的 过渡金属元素的谱线约有7000条。由此可见，稀 土元素的电子能级和谱线要比一般元素更多种多 样。它可吸收或发射从紫外、可见到红外光区的 各波长的电磁辐射，故认为是发光材料的宝库。
稀土发光材料的发光机制和特点
稀土发光材料的发光机制和特点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稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。
稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。
随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。
发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。
就世界和美国24种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。
中国的稀土应用研究中，发光材料占主要地位。
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。
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，稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。
因为稀土元素原子的电子构型中存在4 f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。
稀土发光材料优点是：1、发光谱带窄, 色纯度高,色彩鲜艳; 2、吸收激发能量的能力强, 转换效率高; 3、发射光谱范围宽, 从紫外到红外; 4、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; 5、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。
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稀土元素由于具有未充满的4f电子壳层和 4f电子被外层的5s,5p电子屏蔽的特性，使稀 土元素具有极复杂的类线性光谱。吸收光谱使 稀土离子大多有色，发射光谱使许多稀土化合 物产生荧光和激光。荧光光谱将放在后面的章 节，本章主要介绍吸收光谱、激光发射光谱和 磁学性质。
[Xe]4fn5d0-16s2
4I15/2 4F9/2
6F1/2 6F56/H2 6F56/F23/72/2
6H7/2 6H9/2 6H11/2 6H13/2
6H15/2 Dy
§3-2稀土离子的吸收光谱 稀土离子的吸收光谱的产生归因于三种情
况： 来自fn组态内的能级间跃迁即f-f跃迁； 组态间的能级间跃迁即f-d跃迁； 电荷跃迁如配体向金属离子的电荷跃迁。
4G7/2 4G5/2
5D3 5D2
5D1 5D0
5D3 5D4
6F11/2 6F9/2 6F7/2 6H15/2 6H13/2 6H11/2 6H9/2 6H7/2 6H5/2
Sm
7F6
7F4 7F2 7F0
7F5 7F3 7F1
Eu
7F0
7F1 77FF34
7F2
7F5
7F6
Tb
三价稀土离子的能级图
2.f-d跃迁光谱 稀土离子的f-d跃迁光谱不同于f-f跃迁光
谱。 4f n → 4f n-15d1跃迁是组态间的跃迁。 这种跃迁是宇称选律规则允许的，因此
4fn→4fn-15d1跃迁强度较大。 摩尔消光系数 Є＝50-800 l/molcm。 稀土离子（III）的4fn → 4fn-15d1
跃迁吸收带一般出现在紫外光区。 并具有以下 特点：
为零，其他J能级的数值相当于J能级和基态能级之间
的能量差，单位为cm-1
如：Ce:
Pr:
E3P2 =23160cm-1,
E2F7/2 =2257cm-1,
E2F5/2为基态
E3H4为基态
X103cm-1
24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2
3P2
1G4 33FF34 3F2 3H6 3H5 3H4 Pr
Gd3+ （4f7) 272-275 无色
Eu2+ （4f7) 黄色
元素
吸收范围(nm) 颜色
Lu3+ （4f14)
无
无色
Yb3+ （4f13)
975
无色
Tm3+ （4f12) 360-780 绿色
Er3+ （4f11) 364-652 微红
Ho3+ （4f10) 287-641 粉红
黄
Dy3+ （4f9 ) 350-910 黄
Tb3+ （4f8) 284-477 无色
Sm2+ （4f6)
红褐色
Yb2+ （4f14)
绿色
从上表可看出： RE3+的颜色，其中4fn ,4f14-n组态的离子有
相近的颜色 。 但是稀土离子的这种颜色的“规律性”并无内
在结构上的联系，因为吸收谱带的位置并不相 同，物质颜色相近是是透过的光波的混合的结 果，或许是某种巧合。
[Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2
§3-1三价稀土离子的能级图 1.三价稀土离子能级的复杂性
稀土离子未充满的4f电子壳层; 自由离子体系的4f电子的不可忽略的自旋轨 道偶合作用; 4f,5d,6s电子具有相近的能量，使它们的能 级关系极其复杂。
较低能量的4fn,4fn-16s1,和4fn-16p1 组 态产生了众多的能级，其中有些离子能级 的数目是相当可观的。
c.谱带的范围较广 在近紫外、可见光和近红外都能得到
稀土离子的光谱。
Sc,Y,La,Lu三价离子是封闭壳层，从 基态跃迁至激发态所需能量较高，因而 它们在 200-1000nm范围内无吸收，无 色。
Ce3+ Eu3+Gd3+Tb3+ 虽然在200~1000nm范围内有吸收， 但大部分落在紫外区，所以通常也无色。 Yb3+的吸收落在近红外区所以也无色 Pr3+ Nd3+Pm3+ Sm3+ Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+ 吸收在可见光区，所以有色。
(1).由于5d能级易受周围配体场的影响，谱带相 应于f-f跃迁谱带变宽。 (2).通常比4f0，4f7组态多出１个或２个电子的离 子易出现此类跃迁。
b. f-f跃迁光谱是类线性的光谱
谱带尖锐的原因是:处于内层的4f电子 受到5s 和5p电子的屏蔽，受环境的影响较 小，所以自由离子的光谱是类原子的线性 光谱。[Kr]4d104fn5S25P65d0-16S2
于d-d跃迁吸收光谱有所区别：
由于d电子是处于外层，易受环境的影 响使谱带变宽。
如稀土离子的f-f 跃迁谱带的分裂为 100cm-1左右，而过渡金属元素的d-d跃迁 谱带的分裂1000~3000cm-1左右。
稀土离子（III）的f-f跃迁光谱主要是: 4fn组态:基态→激发态跃迁的造成的.
其中Sm3+ Eu3+除了基态（６H5/2, 7F0)向激 发态跃迁外，还存在着由第一、二激发态 （ Sm3+ ：６H７/2 和Eu3+ ：7F１ 7F２)向更高能态 的跃迁。能级图.ppt
Sm3+ Eu3+的这种有别于其它三价稀土离子 的情况是由于Sm3+ 的６H７/2 和Eu3+ 的7F１ 7F２ 能级与基态能级差太小，常温下部分离子可居于 上述能态的原因。
元素
吸收范围(nm) 颜色
La3+（4f0) 无
无
Ce3+ （4f1) 210-251 无色
Pr3+ （4f2) 444 -588 绿色
Nd3+ பைடு நூலகம்4f3) 354-868 微红
Pm3+（4f4) 548-735 粉红
黄
Sm3+（4f5) 362-402
黄
Eu3+ （4f6) 375-394 无色
如：Pr3+4f2组态有13个J能级， Nd3+4f3组态有41个J能级 .
在稀土离子可能存在的组态中，4fn是 能量最低的组态，因此在光谱性质的研究 中也是最重要的。
2.能级图
三价稀土离子的4fn组态能级见下图。各能级均
以光谱支项表示。图中数值是从中性原子或离子的发
射光谱中得到的，有些可能不够完全。图中基态能级
1.f-f跃迁光谱： 指 fn组态内不同J能级间跃迁产生的光谱。
f-f跃迁光谱的特点： a.f-f电偶极跃迁宇称选则规则禁阻。 因此不能观察到气态稀土离子的f-f电
偶极跃迁吸收光谱。 但在液体和固体中由于受配体场的微
扰，可观察到响应的谱带，但强度很弱 （相对于d-d跃迁）
摩尔消光系数 Є＝0.5. (l/molcm)。