第七章稀土发光材料
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
+
《稀土发光材料》课件
其他领域
总结词
除了上述领域外，稀土发光材料还广泛应用于其他领域，如生物成像、化学分析、安全 防伪等。
详细描述
在生物成像和化学分析领域，稀土发光材料具有高灵敏度、高分辨率的优点，可以用于 荧光探针、荧光显微镜、荧光光谱仪等仪器中。在安全防伪领域，稀土发光材料具有不 可仿制的特点，可以提高防伪技术和产品的可靠性。此外，稀土发光材料还可以应用于
固相法是一种传统的制备方法，其原理是将所需的原料粉末 混合均匀，经过研磨、压片、烧结等步骤，得到所需的稀土 发光材料。该方法工艺简单，适合大规模生产，但产品纯度 较低，性能可控性较差。
液相法
总结词
通过将原料溶解在溶剂中，经过沉淀、结晶、干燥等步骤，制备出稀土发光材料。
详细描述
液相法是一种常用的制备方法，其原理是将所需的原料溶解在溶剂中，通过控制温度、pH值等条件，使原料发 生沉淀或结晶，再经过洗涤、干燥等步骤，得到所需的稀土发光材料。该方法产品纯度高，性能可控性较好，但 工艺较为复杂，成本较高。
纳米复合材料
将发光材料与其他纳米材料进行复合，实现功能 集成和性能提升。
纳米组装结构
通过自组装或他组装技术，构计
多层堆叠结构
01
将不同功能的材料层叠在一起，形成具有多重功能的复合材料
，实现性能优化。
各层间界面设计
02
优化各层之间的界面结构，减少界面散射和能量损失，提高光
照明光源
总结词
稀土发光材料在照明光源领域的应用主 要包括荧光灯、LED照明等。
VS
详细描述
利用稀土发光材料的特性，可以制造出高 效、环保的照明光源。例如，稀土元素掺 杂的荧光粉可以大大提高荧光灯的发光效 率和稳定性，同时减少对环境的污染。此 外，LED照明也是稀土发光材料的另一重 要应用领域，具有高效、节能、环保等优 点。
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能够在受到激发后发出可见光的材料，其发光原理是通过
稀土元素的能级跃迁来实现的。
稀土元素是指原子序数为57至71的元素，它们在周期表中位于镧系元素的最后一行，因此也被称为镧系元素。
稀土元素具有特殊的电子结构和能级分布，使得它们在激发后能够发出特定波长的可见光。
稀土发光材料的发光原理主要包括激发过程和发光过程两个方面。
首先，当稀
土发光材料受到外部能量的激发时，其内部的稀土元素会吸收能量并将电子激发到高能级。
这个激发过程可以通过光、电、热等方式来实现，其中最常见的是通过光激发。
当稀土元素的电子处于高能级时，它们会在短时间内重新排列，电子跃迁到低能级，释放出光子能量。
这些光子能量就是可见光，其波长和颜色取决于稀土元素的种类和能级结构。
稀土元素的能级结构是决定其发光性质的关键因素。
由于稀土元素的电子结构
复杂，其能级分布也非常丰富，因此可以发出多种不同波长的可见光。
这使得稀土发光材料在荧光显示、LED照明、激光器件等领域具有广泛的应用前景。
同时，
通过调控稀土元素的能级结构和掺杂浓度，可以实现对发光材料发光性能的调控和优化，从而满足不同应用场景的需求。
总的来说，稀土发光材料的发光原理是通过稀土元素的能级跃迁来实现的，激
发过程和发光过程是其发光机制的核心。
稀土元素的特殊电子结构和能级分布决定了其发光性质的多样性和可调控性，为其在光电器件领域的应用提供了广阔的空间。
随着科学技术的不断发展，相信稀土发光材料将会在更多领域展现出其独特的魅力和价值。
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。
稀土发光材料
稀土发光材料光源在人类社会的运作和发展中发挥着尤为关键的作用，所谓发光材料指的是，自外界环境吸纳相应能量（较具代表性的如光、热以及电等），然后将之转化成具有非平衡光辐射特点的这一类功能材料。
稀土天生便拥有与众不同的电子结构，被赋予了多个电子能级，表现出相当长的激发态寿命，具备优良的光谱性质，且是大部分元素无法相比并论的。
稀土发光材料，即掺有稀土元素并将之用作激活剂或发挥其基质作用的、有着广泛应用的当代发光材料。
该种材料优点众多，例如，吸收能力强悍、转换效率理想、能高效发射多个波段的光谱（尤其是可见光区），现如今已在包括显示、照明以及传感在内的诸多领域获得了普遍且重要的应用。
基于基质材料差异，可将稀土发光材料归纳成不同体系，除了卤化物、硫化物以及氟化物体系之外，还包括氧化物体系等。
在卤化物体系中，基质材料的主要成分是稀土，同时还加入了一定的贵金属氯化物，由于声子能量明显低于一般的氟化物，所以能较大幅度地削减多声子弛豫引发的能量耗损，保证了发光效率。
但由于此类材料具有易潮解的特性，因此加大了保存及实际使用时的难度。
硫化物、氟化物这两种材料的声子能量均保持在低位水平，然而制备起来相当不易，大部分的氟化物属于剧毒类物质，制备时耗资颇大，化学稳定性也不理想，上述不足使得两种材料的制备及其实际使用大受限制。
正因上述原因的存在，业界研究人员一直致力于探寻其它易制备且方便使用的基质材料。
就声子能量观之，氧化物是超过氟化物的，然而前者在稳定性和机械强度方面占据上风，另外，还具备无毒、投资少及易得等优势。
因而在基质材料制备领域，氧化物大行其道，例如，氧化钇(Y2O3)、钒酸钇(YVO4)便是这一类材料的代表。
自成分、结构这两大角度观之，氧化钇比钒酸钇略微简单一些，现阶段前者在包括光学材料在内的诸多领域展现出了相当不俗的应用前景。
氧化钇之所以成为了出色的发光基质，主要得益于该种材料的四大特性，即颇理想的化学及热稳定性、量子效率保持在高位水平、稀土离子易掺杂。
第七章 稀土发光材料
在电离气体中，存在着各种中性粒子 和带电粒子，它们之间存在着复杂的相互 作用，带电粒子不断地从电场中获得能量
，并通过各种相互作用把能量传递给其他
粒子。
当这些激发粒子自发返回基态时，发
出电磁辐射。
41
此外，电离气体中正、负粒子的复合
，带电粒子在离子场中的减速，也都会产
生辐射。
因而，气体放电总是伴随着辐射效应
3
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。
4
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 子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规 则排列，从而产生一些特殊的能级，称为缺 陷能级。
5
作为发光材料的晶体，往往有目的 地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级， 它们对晶体的发光起着关键作用。
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⑵ 稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料
稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料是指 以碱土金属 (主要是Sr、Ca) 铝酸盐为基质， Eu2+为激活剂，Dy3+和Nd3+等中重稀土的离
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⑶ 荧光和磷光
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，这种发光现象称为荧光。 撤去激发源后，荧光立即停止。
15
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。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在 能带(或能级)之间的能量差值。
9
在去激发跃迁过程中，电子也可能将一 部分能量转移给其它原子，这时电子辐射的 光能小于跃迁前后电子所在能带(或能级)的
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。
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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。
第七章 稀土发光材料
第三节 稀土发光材料
稀土发光材料的种类繁多，现将实际应用较多的几类稀土发光材料介绍如下： 一、稀土电视荧光粉 1．彩色电视显像管用荧光粉 彩电显像管的荧光屏是由红、绿、兰三基色荧光粉有规则地涂敷而成。当三束电子 束有选择地照射其上时，这些荧光粉就会发出不同亮度的三色光并搭配成所需的天 然色彩。在这三种荧光粉中，作为兰色、绿色的荧光粉早已成熟，唯独红粉长期未 得到解决。自1964—1966年美国莱文和佩利拉研制出一种铕激活的钒酸钇— YVO4∶Eu3+代替非稀土红色荧光粉（ZnS· CdS∶Ag）后，可使亮度提高40%。从 而使彩电红色有了大突破。 稀土红色荧光粉与非稀土硫化物红粉相比，最大特点是：它的发射光谱不是带状谱， 而是线状谱，最强的谱线集中于592—626nm附近。接近人眼视觉灵敏范围，所以 它的流明效率高，而且色度也较纯正。稀土红粉的另一特点是它对电流的饱和极限 比较大，可使色彩不失真。 在各类稀土彩电红色荧光粉中，铕激活的硫氧化钇（Y2O2S∶Eu3+）综合性能最 好，所以应用最多，其制备方法是：
下面再用势能曲线对这一过 程作进一步说明： 下图为激活离子与最近离子 之间的距离和发光离子势能 关系的模型，a）图表示发光 离子一旦被激发，该离子就 从基态跃迁到激发态，但这 时的核间距离没有变化。实 际上，离子由于热振动，核 间距时刻都在变化。但是离 子从基态跃迁到激发态的速 度远比离子的振动速度快， 故可认为核间距不变。 离子受激发，从A态到B态， 再给予基质以晶格振动能等 能量，同时到达C，在C态发 出光后落回到基态D。离子进 一步失去热，晶格振动能后， 回到原始状态A。
2．发光材料的主要类型 根据激发方法的不同，可将发光材料分成如下几类： （1）光致发光材料 用紫外光，可见光或红外光激发发光材料而产生的发光现象叫光致发光。光致发光 材料可分为荧光灯用发光材料，仪表盘显示用的长余辉发光材料和光探测器用的上 转换发光材料。 （2）电致发光材料 在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象叫电致发光。 它可将电能直接转换为光能。与稀土发光材料密切相关的是薄膜交流电致发光 （ACTFEL）及粉未直流电致发光（DCEL）。 （3）阴极射线致发光材料 这是一类在阴极射线（即电子束）激发下能发光的材料。从能量上讲，电子束激发 时电子能量通常在几千~几万电子伏特；而紫外线光学能量仅5~6eV甚至更低。因 此光致发光材料在电子束激发下也都能发光。这类材料主要用于彩电显像管荧光屏。 （4）X射线发光材料 由X射线来激发而使材料发光的现象称为X射线发光。X射线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粒子，粒子和射线激发而发光的物质称为放射线发 光材料。它分为永久性发光材料（涂复材料）和闪烁体（放射线探测器）。
稀土发光材料
• 在配料过程中，首先要精确称量出按照 发光材料的化学式计算出的各种原料及 添加的助熔剂、还原剂或疏松剂等，然 后把这些原料混和研磨均匀。高温反应 是在一定(如：还原，惰性等)气氛中、在 一定温度下加热一定时间，使原料组分 间发生化学反应形成基质多晶体(粉末)， 并使掺杂离子进入基质晶格的过程。
RE2O3。 • 稀土元素是典型的金属元素。它们的金
属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素， 而比其他金属元素活泼。
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2.3 稀土资源
• 现在用于工业提取稀土元素的矿物主要 有四种—氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿 和风化壳淋积(离子吸附)型矿，前三种 矿占西方稀土产量的95%以上。独居石 和氟碳铈矿中，轻稀土含量较高。磷钇 矿中，重稀土和钇含量较高，但矿源比 独居石少。
5
• （2）利用加热照明：1879年10月21日， 爱迪生成功地发明了世界上第一只电灯 泡(白炽灯)，开始了以加热代替燃烧产生 光的技术。当时爱迪生使用碳丝作为光 源的发光体，明亮现象由受热的碳丝产 生，这种白炽灯寿命很短，只点燃了几 十小时，发光效率也很低，只有1.4流明 每瓦(lm/W)。发展至今天，虽然改用钨 丝代替了碳丝作为白炽灯光源的发光体， 但制成的白炽灯的发光效率仍是很低的， 约十几个流明每瓦。
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• 多介绍一点：发光是一种非平衡辐射， 它与其它类型非平衡辐射的主要区别是 “发光”具有弛豫时间。这是“发光” 的最重要的特点。其它非平衡辐射则没 有这点弛豫时间。发光在这段驰豫时间 内可能发生各种过程，在驰豫时间也可 能丧失发光本领，称为猝灭。
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1.3 发光的分类
• 根据被激发的方式不同，发光主要有： • 光致发光 (photo-luminescence) • 电致发光 (electro-luminescence) • 阴极射线发光 (cathode-luminescence) • X射线及高能粒子发光(包括X射线、γ射
《稀土发光材》课件
稀土发光材料的历史发展
稀土发光材料的历史可以追溯到19世纪，随着科学技术的发展，它们的应用前景变得愈发广 阔。
稀土的基本概念
1 稀土的概念
2 稀土元素的分类
稀土是指元素周期表中 镧系和钪系元素的统称， 它们具有相似的化学性 质和晶体结构。
稀土发光材料的未来发展方向
新型稀土发光材料的研究
科学家们正在不断探索和研究新型的稀土发光材料，以进一步提高发光效率和色彩显示能力。
稀土发光材料在生物医学、环保等领域的应用
稀土发光材料在生物标记、癌症治疗、环境监测等领域具有广阔的应用前景。
稀土发光材料的商业价值
稀土发光材料市场前景广阔，其商业价值将随着技术进步和市场需求的增长而不断提升。
液晶面板 (LCD)
稀土发光材料作为 背光源应用于液晶 显示器中，提供清 晰、亮度均匀的显 示效果。
气体放电显 示器(VFD)
稀土发光材料在 VFD中提供高亮度、 长寿命的发光效果， 广泛应用于计时器、 汽车仪表盘等。
磁致发光显 示器(PLED)
稀土发光材料在 PLED中提供高亮度、 高色彩饱和度的显 示效果，适用于手 机、电视等显示领 域。
2 能量转移理论
3 离子共振理论
当两个稀土离子之间的 能级能量差适当时，能 量会在两个离子之间传 递，从而实现发光效果。
当稀土离子的能级和晶 体中的其他离子的能级 之间存在共振关系时， 发光效果更加强烈。
稀土发光材料的应用
发光二极管 (LED)
稀土发光材料被广 泛应用于LED照明 中，提供高效、稳 定、纯净的光源。
《稀土发光材》PPT课件
稀土发光材料发光原理
稀土发光材料发光原理
稀土发光材料发光的原理是通过激发稀土元素中的电子，使其跃迁到较高的能级，然后在自发辐射的过程中释放出光子。
这个过程可以分为两个步骤：激发和辐射。
激发是指外界能量激发稀土元素中的电子跃迁到较高的能级。
通常采用光或电子束激发的方式，通过吸收光子或电子的能量，使得电子跃迁到激发态。
在激发态，电子处于不稳定状态，因为其能量高于基态。
辐射是指处于激发态的电子自发地跃迁到较低的能级并释放出光子的过程。
这种自发辐射会导致光子的发射，从而形成所谓的发光现象。
跃迁的发生取决于电子能级的结构，具体的激发和辐射过程可通过能级示意图表示。
稀土发光材料之所以能够发出不同颜色的光，是因为稀土元素的能级结构决定了其跃迁的能量差异。
不同的能级跃迁对应不同的光子能量，而光的能量与波长成反比。
因此，稀土元素的能级结构决定了材料所发出的光的颜色。
总之，稀土发光材料的发光原理是通过激发稀土元素中的电子到较高能级，然后在自发辐射的过程中释放光子，形成发光现象。
不同的能级跃迁决定了发出的光的颜色。
稀土发光材料实验报告
一、实验目的1. 了解稀土发光材料的基本性质和应用领域。
2. 掌握稀土发光材料的制备方法。
3. 研究稀土发光材料在不同激发条件下的发光特性。
二、实验原理稀土发光材料是指含有稀土元素（如铕、钕、镝等）的化合物，它们在受到紫外光或X射线等激发时，能够发射出可见光或近红外光。
这种发光现象主要归因于稀土元素中4f电子能级的跃迁。
本实验采用稀土化合物Eu2O3作为发光材料，通过制备Eu2O3掺杂的纳米颗粒，研究其在不同激发条件下的发光特性。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：Eu2O3粉末、氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、氨水、乙醇、丙酮等。
2. 实验仪器：电子天平、超声波分散器、高温炉、紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪、扫描电子显微镜（SEM）等。
四、实验步骤1. 制备Eu2O3纳米颗粒（1）将一定量的Eu2O3粉末溶解于乙醇中，加入适量的PVP作为稳定剂。
（2）将溶液在超声波分散器中处理30分钟，使其形成纳米颗粒。
（3）将分散好的溶液在室温下静置过夜，使纳米颗粒沉淀。
（4）将沉淀物用乙醇洗涤3次，再用丙酮洗涤1次，去除杂质。
（5）将洗涤干净的纳米颗粒在80℃下干燥2小时。
2. 研究Eu2O3纳米颗粒的发光特性（1）将制备好的Eu2O3纳米颗粒溶解于乙醇中，配制成一定浓度的溶液。
（2）使用紫外-可见光谱仪测定溶液的吸收光谱。
（3）使用荧光光谱仪测定溶液的发射光谱，研究其在不同激发波长下的发光特性。
（4）使用SEM观察纳米颗粒的形貌和尺寸。
五、实验结果与分析1. 紫外-可见光谱分析实验结果表明，Eu2O3纳米颗粒的吸收光谱在400-500 nm范围内有一个明显的吸收峰，这表明纳米颗粒在紫外光区域有较强的吸收能力。
2. 荧光光谱分析实验结果表明，Eu2O3纳米颗粒在激发波长为365 nm的紫外光下，发射波长为610 nm的红色光，这表明纳米颗粒具有较强的红色发光性能。
3. SEM分析实验结果表明，Eu2O3纳米颗粒呈球形，尺寸分布均匀，平均粒径约为50 nm。
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能够在受到激发后发出可见光的材料，其发光原理是由于稀土离子在激发态和基态之间跃迁所致。
稀土元素是指周期表中镧系元素和锕系元素，它们具有特殊的能级结构和电子构型，因此在发光材料中具有独特的发光性能。
首先，稀土离子的能级结构对于发光材料的发光性能起着至关重要的作用。
稀土离子的能级结构呈现出复杂的分裂和交叉，这种特殊的能级结构使得稀土离子在受到外界激发后能够产生多种跃迁过程，从而实现多种发光色彩的发射。
这种多能级结构的存在为稀土发光材料提供了丰富的发光色彩选择，使其在发光领域具有广泛的应用前景。
其次，稀土离子之间的能量传递和激子形成也是稀土发光材料发光原理的重要组成部分。
在稀土发光材料中，稀土离子之间会发生能量传递和激子形成的过程，这些过程会影响稀土发光材料的发光效率和发光色彩。
通过合理设计和选择稀土离子的组合和掺杂方式，可以实现稀土发光材料的发光效率和发光色彩的优化，从而满足不同领域对于发光材料的需求。
此外，稀土发光材料的晶体结构和局域环境也对其发光性能产生着重要影响。
晶体结构的对称性和局域环境的微观结构会影响稀土离子的能级结构和跃迁概率，从而影响稀土发光材料的发光性能。
因此，通过对稀土发光材料的晶体结构和局域环境进行精密调控，可以实现对其发光性能的有效调控，从而满足不同应用领域对于发光材料的需求。
总的来说，稀土发光材料的发光原理是由稀土离子的能级结构、能量传递和激子形成、晶体结构和局域环境共同作用决定的。
通过对这些因素的深入研究和精密调控，可以实现对稀土发光材料发光性能的有效优化，从而满足不同领域对于发光材料的需求。
稀土发光材料作为一种重要的发光材料，在显示、照明、生物医学等领域具有广泛的应用前景，其发光原理的深入理解和发光性能的精密调控将为其在这些领域的应用提供重要的支撑和保障。
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。
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第七章稀土发光材料
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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。
第七章稀土发光材料
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电子在去激发跃迁过程中，将所吸收 的能量释放出来，转换成光辐射。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在 能带(或能级)之间的能量差值。
第七章稀土发光材料
子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规
则排列，从而产生一些特殊的能级，称为缺
陷能级。
第七章稀土发光材料
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作为发光材料的晶体，往往有目的 地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级， 它们对晶体的发光起着关键作用。
第七章稀土发光材料
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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。
第七章稀土发光材料
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非正常价态稀土离子的光谱特性
价态的变化是引发、调节和转换材料功 能特性的重要因素，发光材料的某些功能往 往可通过稀土价态的改变来实现。
①+2价态稀土离子的光谱特性
② +4价态稀土离子的光谱特性
第七章稀土发光材料
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①+2价态稀土离子的光谱特性
+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构 型：4 f n-15 d1和4f n。
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在去激发跃迁过程中，电子也可能将一 部分能量转移给其它原子，这时电子辐射的 光能小于跃迁前后电子所在能带(或能级)的 能量差。
第七章稀土发光材料
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⑵ 发光过程
固体发光的物理过程示意图如下：
其中，M表示基质晶格； A和S为搀杂离子；
并假设基质晶格第M七章的稀土吸发光收材料不产生辐射。
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这时，基质晶格M吸收激发能，传递 给搀杂离子，使其上升到激发态，它返回 基态时可能有以下三种途径：
第七章 稀土发光材料
第七章稀土发光材料
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1. 固体的发光
某一固体化合物受到光子、带电粒子、 电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收 、存储、传递和转换过程。
如果激发能量转换为可见光区的电磁辐 射，这个物理过程称为固体的发光。
第七章稀土发光材料
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发光材料由基质和激活剂组成，在一些材 料中，还搀入其它杂质离子来改善发光性能。
④光谱形状很少随温度而变，温度猝 灭小，浓度猝灭小。
第七章稀土发光材料
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在+3价稀土离子中，Y3+和La3+无4f电 子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密 闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适 用于作基质材料。
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从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨 道，从f 1 到 f 13，其电子层中都具有未成 对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适 于作为发光材料的激活离子。
第七章稀土发光材料
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⑷ 稀土发光材料的分类
①稀土离子作为激活剂 在基质中，作为发光中心而掺入的 离子称为激活剂。
第七章稀土发光材料
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以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土 发光材料中的最主要的一类，根据基质材料 的不同又可分为两种情况：
材料基质为稀土化合物；
基质：作为材料主体的化合物； 激活剂：作为发光中心的少量搀杂离子。
第七章稀土发光材料
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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。
第七章稀土发光材料
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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
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⑵ 稀土元素的价态
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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⑶ 稀土离子的发光特点
+3价稀土离子的发光特点 ①具有f--f 跃迁的发光材料的发射光谱 呈线状，色纯度高； ②荧光寿命长；
第七章稀土发光材料
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③由于4f轨道处于内层，材料的发光 颜色基本不随基质的不同而改变；
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⑶ 荧光和磷光
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，这种发光现象称为荧光。
撤去激发源后，荧光立即停止。
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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。
第七章稀土发光材料
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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。
第七章稀土发光材料
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2. 稀土的电子层结构和光谱学性质
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。
4fn-15dl构型的特点是5d轨道裸露于外 层，受外部场的影响显著。
第七章稀土发光材料
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4fn-15dl →4fn (即d--f跃迁) 的跃迁发射呈 宽带，强度较高，荧光寿命短，发射光谱随 基质组成、结构的改变而发生明显变化。
与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被
压缩，最终导致最低激发态能量降低，谱线
第七章稀土发光材料
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⑴ 稀土元素基态原子的电于层构型
Sc ls22s22p63s23p63d14s2
Y ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
Ln（La----Lu） ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s2
第七章稀土发光材料
第七章稀土发光材料12①以热的形式把激发能量释放给邻近的晶 格，称为“无辐射弛豫”，也叫荧光猝灭；
②以辐射形式释放激发能量，称 “发光” ；
第七章稀土发光材料
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③S将激发能传递给A，即S吸收的全部 或部分激发能由A产生发射而释放出来，这 种现象称为“敏化发光”，A称为激活剂，S通 常被称为A的敏化剂。
红移。
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② +4价态稀土离子的光谱特性
+4价态稀土离子和与其相邻的前一个+3 价稀土离子具有相同的4f电子数目。例如， Ce4+和La3+，Pr4+和Ce3+，Tb4+和Gd3+等。
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+4价态稀土离子的电荷迁移带能量较低 ，吸收峰往往移到可见光区。
如Ce4+与Ce3+的混价电荷迁移跃迁形成 的吸收峰已延伸到450nm附近，Tb4+的吸收 峰在430nm附近。