稀土发光材料研究进展

稀土发光材料来源：本站原创日期：2009-01-16 加入收藏1 稀土发光材料发展年表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。

30多年来，我国稀土发光及材料科学技术的研发在各级领导和部门关心下从起步和跟踪走向自主发展；稀土荧光体（粉）生产从零开始，已形成一个新的产业。

20世纪60年代是稀土离子发光及其发光材料基础研究和应用发展的划时代和转折点。

三价稀土离子发光的光学光谱学、晶体场理论等基础研究日益深入和完善。

1964年，高效YVO4∶Eu和Y2O3∶Eu红色荧光粉和1968年Y2O2S∶Eu红色荧光粉的发明，并很快被应用于彩色电视显象管（CRT）中。

步入70年代，无论是基础研究，还是新材料研制及其开发应用进入迅速发展时期。

在20世纪70年代以前，我国稀土发光及材料科学和技术并没有形成，仅中科院物理所对CaS和SrS体系中掺Eu、Sm、Ce离子的红外磷光体的光致发光性能，以及在ZnS∶Cu或Mn的电致发光材料中某些稀土离子作为掺杂剂对性能影响进行少量的研究。

所用稀土材料全部进口，价格比黄金还贵。

20世纪70年代中科院长春物理所抓住机遇，将这一时期国际上大量的新科研成果引入翻译出版向全国介绍，起"催化剂"作用；同时有一批从事稀土分离的化学科技工作者也纷纷转入从事稀土发光及材料科研和开发工作，加之彩电荧光粉会战，使这一新兴学科在我国正式起步并不断发展。

20世纪60和70年代国际稀土发光材料发展和我国稀土冶炼及分离工业崛起，许多单位跟踪国际上已有成效的工作，纷纷开展稀土离子发光性能研究，以及许多不同用途、不同体系的稀土发光功能材料的研发工作，这里特别应指出的彩电荧光粉成为全国会战任务。

根据当时国内外发展，1973年国家计委下达彩电荧光粉全国会战任务，由中科院长春物理所任组长单位，组织北京大学、北京有色金属研究总院、南京华东电子管厂、北京化工厂、中科院长春应用化学研究所、上海跃龙化工厂和上海电子管二厂等全国主要的研究院所、高校和工厂对彩电三基色荧光粉进行协作攻关。

经过3年努力，使彩电三基色荧光粉一次特性接近国外水平。

成果和意义：（1）找出我国稀土红色荧光粉比日本、美国等国荧光粉性能差的根本原因是三价铈、钕等少量轻稀土杂质及非稀土杂质的猝灭作用。

而当时我国生产的氧化钇中含有相当多的这些杂质。

（2）证实加入微量的三价铽或镨离子可以有效地提高发红光的三价铕离子的发光效率。

（3）由于找到影响稀土红色荧光粉亮度的根本原因，使当初亮度只有相对国外样品的80%左右，一下子提高到98%左右，光谱和色品质相同。

（4）上述成果及时反馈我国稀土分离厂，使荧光级Y2O3和Eu2O3原料达到彩电粉要求，使我国高纯单一稀土氧化物开始工业化生产，不仅满足国内要求，而且逐步出口，走向世界，直到今日。

彩电显象管及荧光粉引进20世纪70年代后期，改革开放开始，我国咸阳彩电显象管总厂在1980年整体引进日本日立公司生产彩电显像管及日本化成公司彩电荧光粉的技术和设备，成立了我国第一家彩电显像管总厂和彩电荧光粉厂。

开始，红色稀土荧光粉所用的氧化钇和氧化铕原料全部从日本高价进口，后来几经证明和证实并与日方协商才改用国产稀土原料。

当初，彩电三基色荧光粉设计生产能力为90吨/年，现已发展到500吨/年。

通过引进使我国彩电显像管和荧光粉与世界先进水平的差距大大缩短。

紧凑型荧光灯及其稀土三基色荧光粉由于能源危机，20世纪70年代中后期，荷兰菲利浦公司首先发明新一代光源-紧凑型荧光灯及其稀土三基色荧光粉。

在国家计委稀土办公室的领导和支持下，这一新兴光源及荧光粉的发展在70年代后期至80年代主要经历跟踪、从无到有发展阶段。

在80年代也走过一些弯路，规模小，一味相信进口设备，荧光粉生产作坊式，设备落后。

2 自主发展和应用我国稀土发光及其材料科学技术和产业化经过30年的研发，尽管与发达国家相比还存在一定差距，但取得许多自主发展的科技成果，特别是从1980年改革开放以来，短短的20年来，取得了令人瞩目的成就。

队伍、科研成果、生产基地等方面目前已在高等院校、中科院和产业部门形成水平较高的科研和工程技术队伍，科研和生产基地。

在国际著名的杂志上发表许多高水平学术论文，申请一批发明专利，出版一些专著。

取得的国家、省部级成果为国家建设和安全做出了一定贡献，并获得重大经济和社会效益。

北方交通大学成立了光电技术研究所，专门从事发光和显示的研发工作，北京有色金属研究总院建设稀土材料国家工程研究中心；长春有中科院凝聚态物理开放实验室及稀土化学和物理开放实验室，还有北京大学等其他院校开放实验室，为稀土发光材料的基础研究提供先进实验条件；历年培养的一批批青年专业人材，已成为本领域的骨干和带头人；在咸阳、北京、上海、江浙和广东等地形成一批生产基地。

各种彩电荧光粉和显示器用的荧光粉生产20世纪90年代初，为适应咸阳彩管总厂扩建需求，咸阳彩电荧光粉厂自主开发出适应从日本某公司引进的彩管严格工艺要求的彩电荧光粉，节省大量外汇，保证二期工程扩建。

北京化工厂和上海跃龙化工厂也分别建成了彩电荧光粉厂。

目前我国三大彩电荧光粉厂在2001年产量达到1000吨。

除了配套满足咸阳彩虹集团、北京松下显象管厂及上海永新显象管厂外，还逐渐应用到我国其他外资合资企业中，占我国绝大部分市场。

近两年他们正向东南亚、印度开拓市场。

在彩电荧光粉中主要应用铕激活的硫氧化钇红色荧光粉，它在三基色荧光粉中技术含量和附加值最高。

从20世纪90年代中期以来，上述三大彩电荧光粉厂积极开发计算机终端显示器用的彩色荧光粉，目前产量约80吨。

此外，人们正在使彩色投影电视用的稀土荧光体达到国产化。

紧凑型荧光灯（节能灯）及其荧光粉这一产业涉及"绿色照明工程"，得到各级政府支持。

从20世纪90年代开始，该产业逐步摆脱一味仿制和设备引进，形成有一定特色产业。

稀土三基色荧光粉也经历从无到有发展阶段，目前已形成稀土荧光粉第二大产业，2001年年产达650吨，而且红色和绿色荧光粉每年出口几十吨。

上海跃龙新材料股份有限公司、复旦大学、广东江门科恒公司及杭州大明荧光粉厂等在这方面做出贡献。

逐步摆脱规模小，设备落后局面。

近两年由稀土三基色荧光体制作的环形灯获得了迅猛发展，这将给灯用稀土荧光粉的产业带来一个新的局面。

增感屏用荧光体许多稀土荧光体可以用作X射线增感屏，对于诊断人类疾病，保障人们医疗健康起重要作用。

北京大学开发的二价铕激活的氟氯化钡荧光体成功地用于X射线增感屏，在医院使用。

他们研发的二价铕激活的氟溴化钡荧光体用于存储计算的X射线摄象系统，其图象板和仪器已研制成功，正在多家医院试用。

新一代长余辉磷光体从1989年至今，我国大力研制和发展二价铕和其他稀土离子掺杂的铝酸盐新一代篮绿色、绿色及蓝色长余辉磷光体，它们的性能均超过以往的ZnS型和SrS型长余辉粉，SrAl2O4∶Eu,Dy绿色磷光体长达12小时。

与此同时，我国科技工作者将长余辉磷光体和涂料、不干胶、油墨或纺织品结合开发出各种荧光涂料制品，并已实现大规模产业化。

大连路明科技集团在这一领域卓有成就，在国内外享有盛誉，其各类制品得到顾客认可，产品远销欧美各国，创造重大经济和社会效益。

他们研发的蓄光自发光型疏散指示标志系统推向了全球，现已发展成为世界各国消防部门优先推荐的消防新品。

2001年4月我国公安部、建设部已联合审定将这种发光消防安全指示制品列入新审定的国家消防规范进行实施。

一些重点场所和工程也已率先使用。

农用光转换膜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或大棚，改善光合作用的光质，提高光能利用率，促进农作物、主要使蔬菜的早熟和增产。

这一新技术于20世纪90年代在我国迅速发展。

目前使用和发展的转光剂分两大类：（1）有机铕（钐）的配合物/螯合物；（2）稀土激活的发红光无机荧光体。

这一新技术对西部和北部绿色农业工程发展，甚至脱贫致富很有帮助。

军事稀土发光材料制作的各种显示器已用于歼击机、强击机和武装直升机中，提高其功能和性能。

长余辉夜光粉制品用于舰艇等方面。

我国有关单位已做出了贡献。

白光LED发白光的发光二极管（LED）在20世纪90年代末出现，成为第四代照明光源。

实现白光LED其中有两个重要方案：（1）蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的荧光体有机结合组成白光LED；（2）像三基色节能灯那样发紫外光LED芯片和可被紫外光有效激发而发红、蓝、绿的三基色荧光体或多基色荧光体有机结合。

由蓝色InGaN LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的铈激活的稀土石榴石荧光体有机结合，是实现发白光LED目前的主导方案，在国内外已产业化。

在这种稀土石榴石荧光体在我国有良好的基础和很高的水平，用国产的这种荧光体制作的白光LED达到了国际先进水平。

其他特种荧光灯用稀土荧光体一些稀土荧光体在我国早已被用做保健灯、灭虫灯、复印灯等特殊光源，产量可观。

平板显示器用的稀土荧光体各类平板显示器如等离子体平板显示器（PDP）、场发射显示器（FED）以及LCD背光源用的三基色荧光体大多为稀土发光材料。

我国一些单位正在研发，并积极配合相关器件单位攻关，可望早日达到实用化。

我国稀土掺杂玻璃和光纤的研发在能量光电子和信息光电子高技术领域中也取得一些成就。

稀土有机配合物荧光材料已在某些方面获得了应用。

稀土闪烁体，太阳能的利用，纳米荧光体及无汞平面光源等有大的发展和应用空间。

经过30多年发展，我国稀土发光材料的研发、生产和应用并带动了相关科技和产业化发展，目前已涉及主要的应用领域和范围有：信息显示人类医疗保健照明光源高能粒子探测和记录光电子通信农业军事纳米材料稀土发光材料科学是一个交叉学科，它涉及物理、化学化工、材料科学、信息显示、照明工程及光电子等科技。

小小荧光粉的水平也能体现综合实力。

发光材料研发和应用带动相关科技和产业化发展，产生显著经济和社会效益。

（1）荧光粉光谱和色品质测试仪。

我国先后研制出阴极射线发光测试装置，荧光灯及灯粉光谱和色度学参数测试仪，PDP荧光粉光学参数测试系统等，过去都是空白，全部进口。

目前，我国荧光粉生产厂家和紧凑型荧光灯厂家均使用国产自主开发的这类仪器。

（2）推动我国同步辐射实验室3B1B光源实验站的逐步完善建设。

（3）带动我国高温窖业炉及陶瓷业发展。

（4）带动一些高纯无机化工原材料产业的兴建和出口，使其附加值大大增加。

如荧光级各种稀土氧化物，氧化铝，碳酸钠等原料在不同地区兴建生产基地，价格便宜，全部国产化。

20世纪70年代后期，荧光级氧化钇每公斤3000元左右，现在每公斤只需要120元，荧光级氧化铕每公斤要1万多元，现在3000元/公斤左右。