稀土发光材料及其发光原理综述

2020/2/29
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稀土发光材料-阴极射线发光材料
目前在投影电视需要的荧光体比较少，红色荧光体
主要为前面所述的掺铕硫氧化钇，蓝色荧光体主要有
ZnS:Ag ， 绿 色 荧 光 体 种 类 较 多 ， 有 钇 铝 镓 石 榴 石 系
(Y3(Al,Ga)5O12)，如YAG:Tb，Y(Al,Ga)G:Tb等；卤氧化 镧体系(LaOX)，如LaOBr:Tb，LaOCl:Tb等；正硅酸氧钇
5D4→7F5跃迁产生的，颜色为黄绿色，与标准绿色有较 大差距。
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稀土发光材料-光致发光材料
光致发光材料早前主要用于隐蔽照明、紧急照明以
及飞机的仪表盘等，随着上世纪70年代能源危机的出现， 发光材料用于照明设备的研究逐渐成为热点，荧光灯稀
土材料迅速发展。荧光灯使用的三基色材料主要为发红
光 的 Y2O3:Eu3+ ， 发 蓝 光 的 BaMg2Al16O27:Eu2+ 及 绿 光 的 Ce0.67Tb0.33Al11O19荧光体。由于人眼对绿光的敏感性最 强且荧光灯中绿色成分占重要地位，需要选择一种高效
的绿色发光材料。Tb3+是绿光的主要发光材料，因此通 过Tb与不同化合物的结合，晶体结构与晶体场的作用使 Tb3+更容易吸收能量进行发射。Ce3+作为敏化剂，将能 量高效的吸收传递给Tb3+。目前使用的绿色荧光体主要 有 CeMgAl11O19:Tb(CAT) ， LaPO4:Ce,Tb 及 其 变 体 ， Y2SiO5:Ce,Tb(正硅酸氧钇)以及REMg5BO10(稀土五硼酸 盐)等。
右图显示了部分稀土 离子与金属硫化物电 致发光材料部分能级 跃迁发射光峰值对应 的波长
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稀土发光材料-X射线稀土发光材料
X射线光子流穿过物体，形成一个X射线潜像，通 过荧光屏或增感屏上的荧光粉转化为光学图像。X射线 发光主要靠激发过程中产生的大量次级电子直接或间接 地激发发光中心，转变为可见光辐射。
上世纪70年代，稀土X射线发光材料大量应用的有 以下几类： (1)铽激活的稀土硫氧化物 RE2O2S2:Tb(RE:Gd,La,Y)。 (2)稀土激活的卤氧化镧 LaOX:R3+(R:Tb,Tm,Ce;X:Cl,Br)。 (3)二价铕激活的氟卤化钡 BaFX:Eu2+(X:Cl,Br)。 (4)稀土钽酸盐 RETaO4:M(RE:La,Gd,Y;M:Tm,Nb)。
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稀土发光材料-电致发光材料
电致发光是将电能直接转换为光能的现象。目前应 用 稀 土 电 致 发 光 的 主 要 为 交 流 薄 膜 电 致 发 光 (ACTFEL) 与粉末直流电致发光(DCEL)。ACTFEL发光材料主要有 三价稀土氟化物掺杂的ZnS和ZnSe，比如说红色发光材 料 是 ZnS:NdF3 、 ZnS:SmF3 和 ZnS:EuF3 ， 绿色 发 光材料 ZnS:TbF3、ZnS:ErF3和ZnS:HoF3，蓝色为ZnS:TmF3等； 碱 土 金 属 方 面 主 要 是 稀 土 离 子 激 活 的 CaS 和 SrS 材 料 。 DCEL主要是稀土氯化物激活的CaS和SrS材料。
体系(Y2SiO5)，如Y2SiO5等。绿色荧光体主要是以激活 Tb3+的稀土发光材料，而投影电视绿色荧光体的主要材
料是钇铝镓石榴石体系。
Tb3+的5D3→7F1主要发射蓝光，5D4→7F1主要发射绿 光 。 5D3 在 Tb3+ 浓 度 低 的 时 发 光 ， 浓 度 高 时 存 在 (5D3 → 5D4) → (7F6 → 7F0) 的 交 叉 驰 豫 而 消 光 。 高 浓 度 (1%mol) 的 Tb3+ ， 其 发 光 主 发 光 带 是 550nm 区 域 ， 是 光
荧光体 颗粒形状 发射峰/nm 发光颜色
CaWO4 多面体
蓝紫
BaFCl:Eu 片状
390 蓝紫
Gd2O2S:Tb 多面体
545/490 绿
LaOBr:Tb 片状
462/374 蓝
LaOBr:Tm 片状
483/405 蓝紫
M’YTaO4:Tm 多面体
410 蓝紫
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稀土发光材料-其他稀土发光材料
稀土闪烁体是闪烁探测器的核心部分，当带电粒子、
射线或者中子通过闪烁体时激发闪烁体而发光，是研究
稀土发光材料及其发光原理
2020/2/29
冶金与环境学院
稀土发光材料
发光是物质中能量的吸收、存贮、传递和转换的 结果；根据发光方式的不同分为光致发光、阴极射线 发光电致发光、放射发光和X射线发光等。稀土离子中， Ce3+和Eu2+发光光谱是宽谱带，其它三价离子都是锐线 谱。三价稀土离子外层电子组成满壳层(5s2p6)，当内层 4f电子吸收能量后跃迁到激发态，再次跃迁至低能级时 释放能量，发射光谱。目前稀土发光材料已广泛应用 于显示显像、新光源、X射线增感器、核物理与核辐射 探测、医学放射图像摄影技术，并向其它高技术领域 拓展。
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稀土发光材料-阴极射线发光材料
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