稀土发光和激光材料
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• 如果激发能量转换为可见光区的电离辐 射，这个过程称稀为土发光固和激体光材料发光。
导带（被激发电子的能量水平）
禁带
缺陷能级
价带（基态电子的能量水平）
辐射的光能取决于电子跃迁前后电子所在能级的能量差
电子辐射的光能稀土≤发激光和发激光时材料吸收的能量
无辐射驰豫 发光
稀土发光和激光材料
敏化发光
• 荧光：激活剂吸收能量后，激发态的寿命 极短，一般大约为10-8s就会自动地回到基态 而放出光子，这种发光现象成为荧光。
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。
年） • 1966年发现高强度稀土-钴磁体 • 1967年制得良好的稀土永磁体 • 1M9P70a年）发有现吸L收a大Ni量5在氢室气温的、能适力当，压而力且下在（适低当于压1力
下，又可释放氢气。可作为贮氢、提纯氢气的材料， 也可作为镍氢电池材料。
稀土发光和激光材料
重要的稀土材料（二）
• 1970年制得第一个非晶态稀土材料 • 70年代，稀土金属及其硅化物用于炼钢添加剂，
主
要 分
激发方法
阴极射线致发光材料
类
X射线发光材料
放射线发光材料
稀土发光和激光材料
• 根据激发方法可将发光材料分为： （1）光致发光材料： 用紫外光、可见光或红
外激发发光材料而产生的发光现象称为光 致发光。分为荧光灯用发光材料、长余辉 发光材料和上转换发光材料等。 （2）电致发光材料：在直流或交流电厂作用 下，依靠电流和电厂的激发使无机材料发 光的现象称为电致发光。电致发光是将电 能直接转换成光。
稀土发光和激光材料
（4）X射线发光材料： 由X射线来激发发光 材料产生发光的现象。X射线致发光材料主要 分为直接观察屏发光材料、X射线增感屏发光 材料和X射线断层扫描荧光粉。 （5）放射线发光材料：由放射性物质蜕变时 放出的α粒子、β粒子和γ射线激发而发光的物 质称为放射线发光材料。
稀土发光和激光材料
MR:A
基质
激活剂
当必须指出发光材料的定量组成时（以%计） 如：ZnS(60), CdS（40）， Ag（0.02）
ZnS:Ag（0.02）、NaCl（2）800℃
稀土发光和激光材料
•当稀土离子吸收光子或X射线等能量以后， 4f电子可从能量低的能级跃迁至能量高的能 级；当4f电子从高的能级以辐射驰豫的方式 跃迁至低能级时发出不同波长的光，两个能 级之间的能量差越大，发射的波长越短。
稀土发光和激光材料
过渡金属和稀土金属离子以及类汞离子是 这种发光材料的激活剂。通常基质晶体对中 心内电子跃迁影响不大，因此激发光谱和发 光光谱主要取决于激活剂的特征。
稀土发光和激光材料
• 3.基质和激活剂 非激活发光：某些无机物之所以具有发光性 能是基质晶格里产生的结构缺陷和杂质缺 陷有关。由于发光材料基质的热歧化作用 出现的结构缺陷所引起的发光称为非激活 发光（自激活发光），产生这种发光不需 加激活杂质。
Rare earth luminescence and laser materials
稀土发光和激光材料
第一节 发光材料及其发光性能
• 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。
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 = 35K
稀土发光和激光材料
稀土发光和激光材料
• 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
wenku.baidu.com
料
电致发光材料
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
• 由于很多稀土离子具有丰富的能级和它 们的4f电子跃迁特性，使稀土成为一个巨 大的发光宝库。
稀土发光和激光材料
一、发光材料的基本概念
• 1.发光现象及发光材料
• 发光是物质将某种方式吸收的能量转化 为光辐射的过程，是热辐射之外的另一 种辐射。
• 固体发光：固体化合物受到光子、带电 粒子、电场或电离辐射点激发，会发生 能量的吸收、存储、传递和转换过程。
稀土发光和激光材料
（3）阴极射线致发光材料: 这是一类在阴极 射线激发下能发光的材料。用电子束激发时， 其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几 万电子伏特，而光致发光时，紫外线光子能 量仅5～6eV甚至更低，因此光致发光材料在 电子束激发下都能发光，甚至有些材料没有 光致发光，但却有阴极射线发光。这类发光 材料一般用于电子束管用荧光粉，其产量仅 次于灯用荧光粉。
稀土发光和激光材料
激活发光：在高温下向基质晶格中掺入另一 种元素的粒子或原子时会出现杂质缺陷，由 这种缺陷引起的发光称为激活发光，而激活 杂质称为激活剂。
实际上非常重要的发光材料大部分是激活 型的。这类发光材料中的微量杂质一般都是 充当发光中心的。
稀土发光和激光材料
• 4.发光材料的化学表示式
•
导带（被激发电子的能量水平）
禁带
缺陷能级
价带（基态电子的能量水平）
辐射的光能取决于电子跃迁前后电子所在能级的能量差
电子辐射的光能稀土≤发激光和发激光时材料吸收的能量
无辐射驰豫 发光
稀土发光和激光材料
敏化发光
• 荧光：激活剂吸收能量后，激发态的寿命 极短，一般大约为10-8s就会自动地回到基态 而放出光子，这种发光现象成为荧光。
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。
年） • 1966年发现高强度稀土-钴磁体 • 1967年制得良好的稀土永磁体 • 1M9P70a年）发有现吸L收a大Ni量5在氢室气温的、能适力当，压而力且下在（适低当于压1力
下，又可释放氢气。可作为贮氢、提纯氢气的材料， 也可作为镍氢电池材料。
稀土发光和激光材料
重要的稀土材料（二）
• 1970年制得第一个非晶态稀土材料 • 70年代，稀土金属及其硅化物用于炼钢添加剂，
主
要 分
激发方法
阴极射线致发光材料
类
X射线发光材料
放射线发光材料
稀土发光和激光材料
• 根据激发方法可将发光材料分为： （1）光致发光材料： 用紫外光、可见光或红
外激发发光材料而产生的发光现象称为光 致发光。分为荧光灯用发光材料、长余辉 发光材料和上转换发光材料等。 （2）电致发光材料：在直流或交流电厂作用 下，依靠电流和电厂的激发使无机材料发 光的现象称为电致发光。电致发光是将电 能直接转换成光。
稀土发光和激光材料
（4）X射线发光材料： 由X射线来激发发光 材料产生发光的现象。X射线致发光材料主要 分为直接观察屏发光材料、X射线增感屏发光 材料和X射线断层扫描荧光粉。 （5）放射线发光材料：由放射性物质蜕变时 放出的α粒子、β粒子和γ射线激发而发光的物 质称为放射线发光材料。
稀土发光和激光材料
MR:A
基质
激活剂
当必须指出发光材料的定量组成时（以%计） 如：ZnS(60), CdS（40）， Ag（0.02）
ZnS:Ag（0.02）、NaCl（2）800℃
稀土发光和激光材料
•当稀土离子吸收光子或X射线等能量以后， 4f电子可从能量低的能级跃迁至能量高的能 级；当4f电子从高的能级以辐射驰豫的方式 跃迁至低能级时发出不同波长的光，两个能 级之间的能量差越大，发射的波长越短。
稀土发光和激光材料
过渡金属和稀土金属离子以及类汞离子是 这种发光材料的激活剂。通常基质晶体对中 心内电子跃迁影响不大，因此激发光谱和发 光光谱主要取决于激活剂的特征。
稀土发光和激光材料
• 3.基质和激活剂 非激活发光：某些无机物之所以具有发光性 能是基质晶格里产生的结构缺陷和杂质缺 陷有关。由于发光材料基质的热歧化作用 出现的结构缺陷所引起的发光称为非激活 发光（自激活发光），产生这种发光不需 加激活杂质。
Rare earth luminescence and laser materials
稀土发光和激光材料
第一节 发光材料及其发光性能
• 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。
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 = 35K
稀土发光和激光材料
稀土发光和激光材料
• 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
wenku.baidu.com
料
电致发光材料
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
• 由于很多稀土离子具有丰富的能级和它 们的4f电子跃迁特性，使稀土成为一个巨 大的发光宝库。
稀土发光和激光材料
一、发光材料的基本概念
• 1.发光现象及发光材料
• 发光是物质将某种方式吸收的能量转化 为光辐射的过程，是热辐射之外的另一 种辐射。
• 固体发光：固体化合物受到光子、带电 粒子、电场或电离辐射点激发，会发生 能量的吸收、存储、传递和转换过程。
稀土发光和激光材料
（3）阴极射线致发光材料: 这是一类在阴极 射线激发下能发光的材料。用电子束激发时， 其电子能量通常在几千电子伏特以上甚至几 万电子伏特，而光致发光时，紫外线光子能 量仅5～6eV甚至更低，因此光致发光材料在 电子束激发下都能发光，甚至有些材料没有 光致发光，但却有阴极射线发光。这类发光 材料一般用于电子束管用荧光粉，其产量仅 次于灯用荧光粉。
稀土发光和激光材料
激活发光：在高温下向基质晶格中掺入另一 种元素的粒子或原子时会出现杂质缺陷，由 这种缺陷引起的发光称为激活发光，而激活 杂质称为激活剂。
实际上非常重要的发光材料大部分是激活 型的。这类发光材料中的微量杂质一般都是 充当发光中心的。
稀土发光和激光材料
• 4.发光材料的化学表示式
•