第三章稀土发光相关材料

合集下载

稀土发光

关于稀土发光材料的认识（孙三大）绪论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。

镧系原子的组态为1S22S22P63S23P63d104S24P64d105S25P6（4f n6S2或4f n-15d6S2），其中n=1-15，La，Ce，Gd，Lu为4f n-15d6S2（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），其余的元素4f n6S2[1-3]。

大部分无机固体致发光材料遵守斯托克斯定律，即发射光的光谱能量低于激发光的光谱能量，这样发光的现象叫做下转换发光。

对于下转换发光由外界光源直接作用于稀土离子。

1）使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态，完成高能级电子的排布，如图(1)所示,2）由某基团或离子等吸收高能光子后通过非福射他豫将能量传递给较低能级的稀土离子，使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态,如图(2)所示；另外，在1966年,在研究钨酸镱钠玻璃时,意外发现,当基质材料中掺入Yb3+离子时,Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。

这一小部分光致发光材料违背了斯托克斯定律，即上转换发光，它通过吸收低光子能量的长波福射转换为高光子能量的短波福射。

稀土离子可以通过激发态吸收或能量传递过程被激发至高能级而发射上转换发光，如图(3)所示。

Gound state(1)(2)(3)图中所示（1）和（2）为下转换发光过程,图（3）为上转换发光过程。

稀土配合物发光材料

稀土配合物发光材料摘要：本文首先介绍了稀土离子具有优良的光学、电学和磁学性质，尤其发光性能受到人们的广泛关注。

接着讲述了稀土光致发光配合物的研究进展，阐述了稀土配合物光致发光的基本原理。

在此基础上讨论了稀土配合物光致发光性能影响因素。

考虑到稀土荧光配合物的寿命短，寻找合适的配体通过天线效应制备稳定长寿命，这是未来发展的趋势。

然后介绍了稀土光致发光配合物在很多领域的应用。

为了让读者更好的理解稀土光致发光配合物，我们讲述了稀土铕和铽配合物电致发光的研究进展。

关键词：稀土离子，光致发光，配体，天线效应，稀土铕和铽配合物1.前言稀土离子作为一类特殊的无机离子具有优良的光学、电学和磁学性质，因此研究稀土配位化合物就显得尤为重要。

在这些性质中，稀土配合物的发光性能一直受到人们的广泛研究，并且目前在发光分子器件、荧光探针、电致发光器件等应用方面已成为人们关注的热点。

研究表明：配体向稀土离子的能量传递是实现稀土配合物发光的关键。

而多足配体具有合成简单、结构可调和共轭敏化基团可换等优点，便于调整配体的功能基团以实现配合物更好的荧光性质。

本综述报道了稀土光致发光配合物的发光原理、影响因素、研究进展及应用。

当分子或固体材料从外界接受一定的能量(外部刺激)之后，发射出一定波长和能量的现象称之为发光。

根据外部刺激(激发源)的方式可以把发光分为光致发光、电致发光、阴极发光、摩擦发光等。

下面我们将主要介绍研究较多的稀土有机配合物的光致发光。

从发光原理来讲，无论是何种外界刺激都是使分子从基态激发到激发态，而这种激发态不是一种稳定的状态，需要通过某种途径释放出多余的能量后回到稳定的基态，如果这个释放能量的途径是以辐射光子的形式来实现的就会产生发光现象。

2.稀土光致发光配合物的研究进展稀土配合物的光致发光现象早在上世纪40-50年代就已陆续地被观察到了，1942年，Weissmantl首先发现不同的β-二酮类铕(Ⅲ)配合物吸收紫外光后，出现了铕(Ⅲ)离子的特征线状发射。

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。

催化实验稀土发光材料报告

催化实验报告赵思琪应化1108班2011016235一．实验名称：稀土有机配合物的制备及性能测定二．实验目的：掌握稀土盐和稀土有机配合物的制备方法以及荧光光谱，红外光谱的分析用。

三．实验仪器和药品：药品：氯化铕（EuCl3·6H2O），氯化鋱（TbCl3·6H2O），乙酰水杨酸，1，10-邻菲啰啉，乙醇，三乙胺，二氯甲烷仪器：荧光灯，电磁搅拌，水泵，干燥器，沙板漏斗、抽滤瓶，烧杯、玻璃棒，容量瓶，自封袋，角匙，PH试纸，红外光谱仪、荧光光谱仪和紫外光谱仪。

四．配合物结构：五．实验结果分析：1.荧光分析称取一定量配合物样品溶解于二氯甲烷中，配制成浓度为10-4的样品溶液，于荧光分光光度计光谱测得配合物的荧光发射光谱图，如图所示：Eu配合物的em光谱图Eu配合物的ex光谱图由发射谱图中可以看出，在紫外到可见区有3个吸收峰，分别为位于580.6，593.6,616.8的发光峰，分别对应于5D0-7F0, 5D0-7F1, 5D0-7F2 ，其中以5D0-7F2（616.8nm）的跃迁最强。

在616.8nm左右产生的窄而强的特征吸收，说明配体在吸收光能后将能量传递给了稀土离子，使得发光中心Eu有荧光增强作用，又进一步说明了配体和稀土金属发生了配位，而不是简单的掺杂；且其周围没有其他吸收，表明配合物的荧光主要以616.8 nm 成分为主，单色性非常好。

2.紫外分析以二氯甲烷为溶剂，测定了游离配体和稀土配合物的紫外光谱邻菲罗啉的紫外光谱图乙酰水杨酸的紫外光谱图Eu配合物的紫外光谱图Eu配合物在紫外区产生跃迁的吸收光谱λ=230nm、270nm和290nm，而乙酰水杨酸游离配体的不饱和的C=O的π—π*跃迁为λ=232和276nm，其中λ=232nm为酯羰基的π—π*跃迁，它没有与稀土离子配合，λ=276nm为酸羰基的π—π*跃迁，O上的孤对电子与稀土离子配位，形成配合物发生了蓝移；邻菲罗啉游离配体C=O的π—π*的跃迁为λ=230和264nm，形成配合物发生了红移。

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。

稀土发光和激光材料

用于脱氮、脱硫，可生产高强度低合金钢 • 1971年在ReFe2相（主要是TbFe2基材料）中观察
到巨大的磁致伸缩现象 • 80年代，Re-Fe系超级磁体问世，NdFeB永磁材料
商品化，并呈高速发展势头 • 1986年，发现高温超导体La-Ba-Cu-O，Tc = 光和激光材料
• 撤去激发源后，荧光立即停止。 • 磷光：如果被激发的物质在切断激发源后
仍然继续发光，成为磷光。有时磷光体能持续长达几分钟甚至几小时的发光，这种发光体则称为长余辉发光材料。
稀土发光和激光材料
•2.发光材料的主要类型
组成
无机化合物
固体材料
（多晶、单晶和薄膜）
发
有机化合物
光
光致发光材料
材
料
电致发光材料
激活发光材料的紫外线能量可以直接被发光中心吸收（激活剂或杂质吸收），也可以被发光材料的基质所吸收（本征吸收）。
在第一种情况下，吸收或伴有激活剂的电子壳层内的电子向较高能级跃迁，或电子与激活剂完全脱离及激活剂跃迁到离子态；
在第二种情况下，基质吸收能量时，在基质中形成空穴和电子，空穴可能沿晶体移动，并被束缚在各个发光中心上。辐射是由于电子返回到较低能级或电子和离子中心（空穴）再结合（复合）所致。某些材料的发光（能量的吸收和能量的辐射）只和发光中心内的电子跃迁有关，这种材料称为 “特征性”发光材料。
稀土材料及其应用
稀土发光和激光材料
重要的稀土材料（一）
• 1951年发现LaB6的强大热离子发射 • 1961年发现重稀土具有奇妙复杂的磁性结构 • 1962年稀土催化剂在石油裂解中得以应用 • 1962年钇、铕荧光粉用于制造彩色电视机的红色荧
光粉 • 1963年制得最后一个金属态的放射性元素钷（1794

稀土发光材料课件

稀土发光材料的发光原理
01
02
03
04
激发过程
稀土发光材料吸收外界能量（如光、电等）后，电子从基态
跃迁至激发态。
辐射过程
电子从激发态回到基态时，释放能量并产生光子，光子的能
量与发射光的波长有关。
稀土元素特性
稀土元素具有独特的电子结构和能级结构，使得稀土发光材
料具有优异的光学性能。
荧光粉的应用
照明领域
利用稀土发光材料的优良发光性能和稳定性，制备出高效、环保、长寿命的照明光源，如荧光灯、LED等。
光电器件领域
利用稀土发光材料的特殊光电性质，制备出光电传感器、光电二极管等光电器件，用于信息获取、光通信等领域。
稀土发光材料的应用实例
显示器
利用稀土发光材料制备的高色域OLED显示器，具有高对比度、宽色域、自发光的优点，广泛应用于电视、手机、平板等领域。
深入研究稀土发光材料的物理和化学性质，为深入理解其发光机理提供更多证据。
加强国际合作与交流，共同推动稀土发光材料的研究和应用发展。
THANK YOU
稀土发光材料课件
contents
目录
• 引言 • 稀土发光材料的原理 • 稀土发光材料的种类和应用 • 稀土发光材料的制备方法 • 稀土发光材料的发展趋势和挑战 • 结论
01
引言
发光材料的定义与分类
发光材料定义
能够吸收外界能量并释放出可见光的物质。
发光材料分类
根据激发方式可分为光致发光、电致发光、化学发光等；根据发光颜色可分为荧光和磷光。
01
将金属盐与有机物混合后进行燃烧，再经过热处理制备发光材料的方法。
02
燃烧法制备的发光材料具有成本低、产量高、工艺简单等优点。

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-3

混合
烧成
球磨
混合包装
烘干
清洗
31
3. 绿色荧光粉
在三基色荧光粉中，绿粉对灯的光通量贡献最大。三基色灯用绿粉均以Tb3+作为激活剂，Tb3+的最大发射峰位于545nm，归属于Tb3+的5D4－7F5跃迁。绿粉都利用Ce3+作敏化剂，这是由于在大多数基质中Tb3+ 的4f-5d吸收峰不能与254nm汞紫外光辐射相吻合，而 Ce3+ 在254nm附近具有强吸收，而且在330-400nm的长波紫外区具有强的发射，Ce3+可以通过无辐射能量传递有效的将所吸收的能量转移给Tb3+。
Eu3+的位形坐标图
27
2、红粉性能的影响因素
Eu3+离子浓度的影响：
稀土红色荧光粉
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。
化学组成
(Ce,Tb)MgAl11O19(发射波长543nm) BaMgAl10O17:Eu2+ (发射波长451nm)
稀土发光材料的特点：
谱线丰富，属于窄带发光，光色纯，能得到高的显色指数。抗紫外辐照，高温特性好，能适应高负荷荧光灯的要求。
发光效率高，三基色荧光粉的量子效率均在90%以上。
29
红粉的原料成本超过蓝粉、绿粉的总和，降低三基色粉价格的关键是降低红粉的成本。长期以来人们做了不少努力，试图寻找成本较低的新型化合物。

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。

3-3-稀土发光材料(共56张)

第23页，共56页。
• 目前，研究主要集中(jízhōng)在稀土离子激活的CaO-Al2O3体系和 SrO-Al2O3体系.激活剂为Eu2O3、 Dy2O3、Nd2O3等稀土氧化物，助溶剂为B2O3。
第24页，共56页。
第25页，共56页。
• 黄绿光 SrAl2O4：（Eu2+，Dy3+） • 蓝绿光 Sr4Al14O25 ：（Eu2+，Dy3+） • 蓝紫光 CaAl2O4：（Eu2+，Nd3+）
第47页，共56页。
满足上转换发光(fā 材料的两 ɡuānɡ) 个条件
• 1. 有相同能级差的能级。
• EAB=EBC
• 2. 亚稳态的能级寿命不能太短。
第48页，共56页。
第49页，共56页。
1. 能量传递(chuándì)上转换发光
第50页，共56页。
•2.三步吸收(xīshōu)能量传递
41
第41页，共56页。
长余辉发光(fā ɡuānɡ)陶瓷、搪瓷和玻璃制品的制造工艺较为复杂，主要是因为在这些制品的制造过程中需要进行高温处理。
42
第42页，共56页。
尽管长余辉材料本身就是一种功能陶瓷材料
，但它的热稳定性是有一定限度的，温度对长
余辉材料的发光性能的影响很大，随着灼烧(zhuó
第15页，共56页。
第16页，共56页。
第17页，共56页。
•尤其是稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料(cáiliào)的余辉时间可达12h 以上，具有白昼蓄光、夜间发射的长期循环蓄光、发光的特点，具有广阔的应用前景。
第18页，共56页。
• 1.稀土激活的硫化物长余辉材料 1866年Sidot 首先制备出了黄

稀土上转换发光材料

稀土上转换发光材料
稀土上转换发光材料是一种新型材料，具有低毒性、化学稳定性高、光稳定性优异、发射带窄、发光寿命长、光穿透力强、对生物组
织几乎无损伤、无背景荧光等优点，广泛应用于防伪识别、生物医
药、太阳能电池及照明等领域。

掺杂离子在制备上转换发光材料中扮演着极为重要的角色，当前掺杂研究主要集中在Yb3+、Eu3+ 和Er3+。

研究者采用水热合成法制备NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子，再通过X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对它的尺寸、形貌和结晶度等方面进行研究。

实验表明，NaYF4∶Yb3+/Eu3+微纳粒子在防伪识别方面具有稳定性、可靠性等特点，但仍受到影响程度可控的自然环境因素影响。

综合来看，其在防伪领域有着很大的应用前景。

稀土上转换发光材料

稀土上转换发光及其光电产品推荐目录一、什么是上转换发光？二、镧系掺杂稀土上转换发光的发光原理三、稀土上转换发光材料的应用四、相关光电产品推荐五、几个容易混淆的“上转换”概念一、什么是上转换发光？斯托克斯（Stokes）定律认为材料只能受到高能量的光激发，发射出低能量的光，即经波长短、频率高的光激发，材料发射出波长长、频率低的光。

而上转化发光则与之相反，上转换发光是指连续吸收两个或者多个光子，导致发射波长短于激发波长的发光类型，我们亦称之为反斯托克斯（Anti-Stokes）。

Figure 1.常规发光和上转换发光能级跃迁图Figure 2.样品被绿光激光激发之后产生荧光（左边样品为Stokes emission，右边样品为Anti-stokes emission）上转换发光在有机和无机材料中均有所体现，但其原理不同。

有机分子实现光子上转换的机理是能够通过三重态-三重态湮灭（Triplet-triplet annihilation，TTA），典型的有机分子是多环芳烃（PAHs）。

无机材料中，上转换发光主要发生在镧系掺杂稀土离子的化合物中，主要有NaYF4、NaGdF4、LiYF4、YF3、CaF2等氟化物或Gd2O3等氧化物的纳米晶体。

NaYF4是上转换发光材料中的典型基质材料，比如NaYF4:Er,Yb，即镱铒双掺时，Er做激活剂，Yb作为敏化剂。

本应用文章我们着重讲讲稀土掺杂上转换发光材料（Upconversion nanoparticles,UCNPs）。

二、镧系掺杂稀土上转换发光的发光原理无机材料有三个基本发光原理：激发态吸收(Excited-state absorption, ESA)，能量传递上转换(Energy transfer upconversion, ETU)和光子雪崩(Photon avalanche, PA)。

Figure 3.稀土上转换发光材料的发光原理(a)激发态吸收激发态吸收过程(ESA)是在1959年由Bloembergen等人提出，其原理是同一个离子从基态通过连续多光子吸收到达能量较高的激发态的过程，这是上转换发光最基本的发光过程。

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。

第三章稀土发光相关材料

基质：作为材料主体的化合物；激活剂：作为第发三章光稀土中发光相心关材的料少量惨杂离子。 2
发光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷结构、能带结构、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。
第三章稀土发光相关材料
3
⑴ 固体发光与晶体内部结构
晶体中的能带有价带、导带、禁带。
但是，在实际晶体中，可能存在杂质原
第三章稀土发光相关材料
16
3.2 稀土的发光特点
发光的本质是能量的转换，稀土之所以具有优异的发光性能，就在于它具有优异的能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层结构决定的。
第三章稀土发光相关材料
17
❖ 稀土的发光和激光性能都是由于稀土的4f 电子在不同能级之间的跃迁而产生的。
❖ 在f组态内不同能级之间的跃迁称为f－f跃迁；在f和d组态之间的跃迁称为f－d跃迁。其光谱大概有30000条。
电子辐射的第光三章能稀土≤发激光相发关材时料吸收的能量
发光是去激发的一种方式。晶体中电子的被激发和去激发互为逆过程。
被激发和去激发可能在价带、导带和缺陷能级中任意两个之间进行。
第三章稀土发光相关材料
7
被激发和去激发发生的过程如下：
①价带与导带之间；②价带与缺陷能级之间③缺陷能级与导带之间；④两个不同能量的缺陷能级之间。
第三章稀土发光相关材料
33
稀土三基色荧光灯
（1977年获得美国重大技术发明奖）
发蓝光 (峰值450nm) 的铕激活的多铝酸钡镁 (BaMg2Al16O27：Eu2+)
发绿光 (峰值543nm) 的铈、铽激活的多铝酸镁 (MgAl11O19：Ce3+, Tb3+)
发红光 (峰值611nm) 的铕激活的氧化钇 (Y2O3：Eu3+)