稀土元素铕及其应用

稀土元素铕及其应用

铕在稀土家族中“出世”较晚。1901年法国人德马克（Eugene ）从“钐”中发现了新元素“铕”。其名称Europium源于Europe（欧洲）一词。铕在地壳中的丰度为（克/吨），排第11位，在稀土中也是属于“物以稀为贵”的一员。可能正是因为这个原因，使它在问世后的很长一段时间里因派不上用场而默默无闻。直到人类发明了彩色电视，由于它和氧化钇一起，可以用做彩电红色荧光粉，才使其一下名声大振，进而又用做计算机和各种显示器以及节能电光源荧光粉，使她一下成为电子信息材料中的“新宠”。

铕属于轻稀土或中重稀土里的中稀土。当人们把稀土分为铈组轻稀土和钇组重稀土两组时，把铕划入轻稀土之列。但在稀土萃取分离工艺中，往往先在钕/钐间分组，然后再在钆/铽间分组，这样就把中间这段（钐、铕、钆）划作中稀土。在生产中，通常把这种钐铕钆富集物作为提铕的原料。铕和钐一样，也是变价稀土，可以呈正二价状态，但它与钐的还原电动势不同。利用这种变价性质和差异，可以先把铕还原成二价，然后再采用碱度法或还原萃取法将其与其他三价稀土及钐分离，并一下就能获得纯度大于%的的荧光级氧化铕。

千变万化、五光十色的稀土发光材料是铕最具魅力的应用舞台。

早期的彩色电视色彩不纯正，主要是其中的红色荧光粉不过关。60年代中期，发现掺铕的氧化钇在阴极射线激发下能发射出谱线窄的红色荧光、亮度高而且鲜艳，特别适合做阴极射线彩色显像管（CRT）中的红色荧光粉，从此开始大量使用。红色荧光粉普遍采用铕激活的硫氧化钇（Y2O2S∶Eu3+）,目前仍是彩电生产中不可替代的发光材料。计算机显示器要求荧光粉具有更高的亮度、对比度和清晰度，其红粉也采用铕激活的硫氧化钇，但铕的含量比彩电红粉稍高。投影电视用荧光粉需承受更大的电流密度和更高的阴极电压，红色荧光粉采用铕激活的氧化钇（Y2O3∶Eu3+）。由于铕价格昂贵，为了降低成本，正大力研究优化纳米级稀土红色荧光粉的制备工艺，想通过超细化和纳米化，来尽量减少铕的用量。我国是世界上铕资源最丰富的国家，现已成为生产稀土彩电红粉、阴极射线彩管、彩色电视机和计算机显示屏产量最大的国家。

等离子体显示（PDP）用荧光粉主要在紫外区域发光，所用的红粉为铕激活的硼酸盐，其蓝粉为二价铕激活的碱土金属多铝酸盐（BaMgAl10O17∶Eu2+）。掺铕正硼酸盐纳米晶真空紫外荧光粉是一种新型紫外荧光纳米材料，作为红色发光材料主要应用于等离子平板显示器。

高压汞灯由于发光效率高，一度广泛用作工厂和街道照明，但具有照物色彩失真的缺陷。在高压汞灯灯泡内涂上掺铕的钒酸钇荧光粉，利用它发射的红色荧光，可以调整高压汞灯的光色，改善了照明效果，避免了由于呈现青紫色而使被照物体颜色失真的现象。由于日益严格的环保要求，目前高压汞灯已逐渐被稀土三基色荧光灯和稀土金属卤化物灯所取代。但这后来居上的两种灯用发光材料也同样离不开铕。

1974年稀土三基色节能荧光灯问世。人们利用具有窄带波长峰值——分别为610 、550和450 nm——的红、绿和蓝三基色荧光粉混合，可以制得高光效、高显色性的荧光灯。其中使用了两种含铕的荧光粉，即掺铕的氧化钇红光荧光粉（Y2O3∶Eu3+等）和掺铕的多铝酸盐蓝光荧光粉（BaMgAl10O17∶Eu2+等）。绿色荧光粉是掺铽的多铝酸盐。稀土三基色荧光灯发光效率可提高至每瓦80流明，显色指数高于80，成为具有高照度、高节电、高显色、高寿命等特点的新一代光源。最初的稀土三基色荧光灯结构都做成紧凑型，灯管有单H、双H、单U、双U、三U、螺旋性等多种形状，为的是可以采用白炽灯原用的灯口，便于替换取代。与白炽灯相比，这种灯节电可达80 %，一只12瓦的稀土荧光灯可以代替一只60瓦的普通日光灯。

近年来，半导体发光二极管（LED）作为一种新型照明光源悄然兴起，其电能转化为光能的效率，相当于白炽灯的5到10倍，节能效果比稀土三基色荧光灯更胜一筹。由于光谱中没有紫外线和红外线辐射，属于典型的绿色照明光源。铕作为激活剂可用作LED红色发光材料，如Y2O2S∶Eu3+，，也可用于LED 绿色发光材料，如(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2∶Eu3+，等。目前正在大力开发的白光LED，铕掺杂的氯硅酸盐荧光材料可用于白光LED。若采用稀土三基色荧光粉做白光LED，其红色荧光粉Y2O3：Eu3＋、绿色荧光粉Ca8Mg（SiO4）4Cl2：Eu2+和蓝色荧光粉BaMgAl10O17：Eu2+、Mn2+，Sr5（PO4）3Cl：Eu2+等，均少不了要用铕做荧光激活剂。铕的无机盐如SrCa2O4∶1%Eu和铕的某些有机配合物如乙二胺四乙酸铕钆等还被用作红色电致发光薄膜材料等。

用铕做激活剂的稀土长余辉粉（也称蓄光材料）近年来发展也很快。传统的长余辉粉也称“夜光粉”，多由硫化锌和放射性同位素制成，因存在放射性危害，现已很少采用。其最佳替代品就是稀土“夜光粉”。20世纪90年代以来，开发成功了二价铕和其它稀土离子掺杂的绿色、蓝绿色及蓝色长余辉发光材料，目前商用的有铕镝共激发的铝酸钙（CaAl2O4∶Eu,Dy）蓝色长余辉发光材料和铕镝共激发的铝酸锶（SrAl2O4∶Eu,Dy）绿色长余辉发光材料，其发光强度、余辉亮度及余辉时间均远远超过传统的“夜光粉”，并具有良好的化学稳定性和耐候性，可制成发光涂料、油墨、塑料、陶瓷、搪瓷和发光美术工艺品等，广泛应用于建筑装饰、街道标牌、仪器仪表、消防安全、地铁隧道、印刷印染、广告等众多领域，是极具发展前途和广阔市场前景的发光材料。

铕的荧光特性还被应用于农业、医疗和生物研究等方面。

使用含铕荧光粉制造的光转换农用塑料薄膜，可将紫外光（２００～４００nm）转换为对植物有用的红橙色光（６００～７２０nm），可增强作物光合作用，并提高大棚棚温，从而使作物增收增产。

近年来，以三价銪（Eu3+）作为示踪物的“生物分子探针”已被用于一种新型生物检测方法——时间分辨荧光分析法（TRFIA）。该方法是近10年发展起来、目前最灵敏的微量分析技术,其灵敏度高比放射免疫分析（RIA）高出3个数量级。在免疫测定法、DNA杂交测定法、淋巴细胞活性测定法、生体组织切片荧光显微测定法等领域取得了广泛的应用。已成为替代放射性同位素分析法的最强有力的手段之一。其定量检测结果对乙肝病毒感染诊断、临床分型、治疗和疗效评价都将发挥积极作用。

二价铕激活的氟氯化钡荧光体已成功地用于医用X射线增感屏。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并用于医院。纳米氧化铕氟氯化钡荧光粉制作的医用高速增感屏，不但大大提高]了X光透视和拍片的清晰度，还显著减少病人及医务人受X线剂量与伤害，尤其有利于保护孕妇及胎儿健康。

某些铕类络合物在长波紫外线（３６５纳米）照射下，可以显示耀眼红色荧光，利用这一特性制造的防伪印油或防伪油墨，可用于各种证券、票据和商标的防伪。

氧化铕还可用于制造有色镜片、光学滤光片和磁泡贮存器件。由于铕具有中子俘获截面积大（5500靶）的特殊核性质，可用作原子能反应堆的结构材料，屏敝材料和控制材料，如用作快中子增强反应堆的中子吸收剂，在和平利用原子能方面也能一展身手。

附录：稀土元素家族系列档案——铕