稀土发光材料及其应用
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21
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。
22
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为掺杂离子； 并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。
23
这时，基质晶格M吸收激发能，传递
给掺杂离子，使其上升到激发态，它返回 基态时可能有以下三种途径：
34
玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于 光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的 抛光；
稀土发光材料及其应用
提纲：
发光现象
发光的定义
wk.baidu.com
发光材料的性能特点
稀土的发光特点 稀土发光材料的优点 稀土发光材料的分类
2
§1、 发光现象
发光：即Luminescence一词，作为一
个技术名词，是专指一种特殊的光发射 现象。
自然界很多物体（包括固体、液体和气
体，有机物和无机物），都具有发光的 性能。
稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由
于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用 于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；
稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合
金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
33
石油化工
用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中
31
稀土用途
军事方面
稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性， 能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能 就是大幅度提高其他产品的质量和性能。 比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁 合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、
化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身
磷光闪烁。
6
生物界说到发光，首先想到萤火虫，除此之外大自然中还 有许多能够发光的生物，如一些生活在海里的鱼、虾、水 母、珊瑚、贝类和蠕虫等。
百慕大三角洲发现的荧光虾
萤火虫
7
栉水母
日本富山湾海下栖息着大量荧光乌贼，有时，上百万的荧 光乌贼聚集在一起，可以把整个海湾照亮。
发光蚯蚓 美国南部生活着一种长 达45厘米的发光蚯蚓。 这种蚯蚓一旦被伤害， 就会分泌出闪烁着蓝光 的黏液。
铁路蠕虫 身上长有两种不同的发 光器官。 仿佛圣诞树一般，头部 发出红光，身子闪烁绿 光。
8
夜明珠：
古代“夜明珠”，是指 能够在夜晚（或暗室中） 自行发光的天然物体。 而且这种光是人用肉眼 能够直接看到的光。 萤石
24
①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” ；
25
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。
26
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。
3
4
影片《阿凡达》： 男主角杰克 潘多拉星球
如发光水母一样的“希望树”种子； 郁郁葱葱、奇妙的发光森林； 可当房子居住的参天巨树； 色彩斑斓神气活现的茂密雨林……
5
发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。
但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由 于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。 科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特 别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷
9
白炽灯
节能灯
10
11
12
§2 、 发光的定义
13
14
15
§3、 发光材料的性能特点
光的本质是一种能量形态，发光就是一种能量传 递的方式，是物质将吸收的能量通过特定的方式
转换为非平衡光辐射的过程。
实际应用中的发光材料一般是指固体材料，包括 粉末、单晶、薄膜或非晶体。
16
17
18
27
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。
28
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。
29
区别：
1.激发态的寿命 2.停止激发后，是否可以发光
30
毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程； 在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量 比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷 酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶 少，运转稳定，后处理工序短等优点； 复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可 用作油漆催干剂等。
§4、 稀土的发光特点
稀土(Rare Earth)元素是指元素周期表中的镧系元素 加上同为ⅢB族的钪Sc和钇Y在内的17种元素。镧系元素 是指原子序数从57~71的15中元素，具体为镧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。 轻稀土：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。 重稀土：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
19
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≤激发时吸收的能量
20
作为发光材料的晶体，往往有目的地掺
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。 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。
超导等诸多高科技的润滑剂。
稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意义 上说，美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆
无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。
32
冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中 和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；
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。
22
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为掺杂离子； 并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。
23
这时，基质晶格M吸收激发能，传递
给掺杂离子，使其上升到激发态，它返回 基态时可能有以下三种途径：
34
玻璃陶瓷
稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于 光学玻璃、眼镜片、显像管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的 抛光；
稀土发光材料及其应用
提纲：
发光现象
发光的定义
wk.baidu.com
发光材料的性能特点
稀土的发光特点 稀土发光材料的优点 稀土发光材料的分类
2
§1、 发光现象
发光：即Luminescence一词，作为一
个技术名词，是专指一种特殊的光发射 现象。
自然界很多物体（包括固体、液体和气
体，有机物和无机物），都具有发光的 性能。
稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由
于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用 于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；
稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合
金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。
33
石油化工
用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中
31
稀土用途
军事方面
稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性， 能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能 就是大幅度提高其他产品的质量和性能。 比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁 合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、
化氢，而磷化氢一遇到氧气就会自燃，从而使得树身
磷光闪烁。
6
生物界说到发光，首先想到萤火虫，除此之外大自然中还 有许多能够发光的生物，如一些生活在海里的鱼、虾、水 母、珊瑚、贝类和蠕虫等。
百慕大三角洲发现的荧光虾
萤火虫
7
栉水母
日本富山湾海下栖息着大量荧光乌贼，有时，上百万的荧 光乌贼聚集在一起，可以把整个海湾照亮。
发光蚯蚓 美国南部生活着一种长 达45厘米的发光蚯蚓。 这种蚯蚓一旦被伤害， 就会分泌出闪烁着蓝光 的黏液。
铁路蠕虫 身上长有两种不同的发 光器官。 仿佛圣诞树一般，头部 发出红光，身子闪烁绿 光。
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夜明珠：
古代“夜明珠”，是指 能够在夜晚（或暗室中） 自行发光的天然物体。 而且这种光是人用肉眼 能够直接看到的光。 萤石
24
①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” ；
25
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。
26
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。
3
4
影片《阿凡达》： 男主角杰克 潘多拉星球
如发光水母一样的“希望树”种子； 郁郁葱葱、奇妙的发光森林； 可当房子居住的参天巨树； 色彩斑斓神气活现的茂密雨林……
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发光树：
非洲北部有一种发光树，白天与普通树没区别。
但每到晚上，从树干到树枝通体会发出明亮的光。由 于这种树发出的光比较强烈，当地人经常把它移植到 自家的门前作为路灯使用。在夜间，人们可以在树下 看书甚至做针线。 科学家解释：这种树之所以会发光，是因为其树根特 别喜欢吸收土壤中的磷。这种磷会在树体内转化成磷
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白炽灯
节能灯
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§2 、 发光的定义
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§3、 发光材料的性能特点
光的本质是一种能量形态，发光就是一种能量传 递的方式，是物质将吸收的能量通过特定的方式
转换为非平衡光辐射的过程。
实际应用中的发光材料一般是指固体材料，包括 粉末、单晶、薄膜或非晶体。
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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。
28
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。
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区别：
1.激发态的寿命 2.停止激发后，是否可以发光
30
毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程； 在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量 比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷 酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶 少，运转稳定，后处理工序短等优点； 复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可 用作油漆催干剂等。
§4、 稀土的发光特点
稀土(Rare Earth)元素是指元素周期表中的镧系元素 加上同为ⅢB族的钪Sc和钇Y在内的17种元素。镧系元素 是指原子序数从57~71的15中元素，具体为镧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。 轻稀土：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。 重稀土：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
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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≤激发时吸收的能量
20
作为发光材料的晶体，往往有目的地掺
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。 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。
超导等诸多高科技的润滑剂。
稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意义 上说，美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆
无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。
32
冶金工业
稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中 和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；