稀土发光材料研究

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1、稀土发光材料研究前言：稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。由于稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，因此，稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级的跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。　在稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构

2、成广泛的发光和激光材料。随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。就世界和美国24种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。我国的稀土应用研究中，发光材料占主要地位。稀土发光材料（RareEarthLuminescentMaterials）。稀土离子的发光特性，主要取决于稀土离子4f壳层电子的性质。随着稀土离子4f壳层电子数量的变化，表现出不同的跃迁形式和极其丰富的能级跃迁。研究表明，稀土离子的4fN电子组态中，有1639个能级，能级之间

3、的可跃迁数目高达199177个，可观察到的谱线达30000多条，如果再涉及到4f—5d的能级跃迁，则数目更多。因而，稀土离子可以吸收或发射从紫外到红外区的各种波长的光，形成多种多样的发光材料。稀土发光材料因激发方式不同，发光可区分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4

4、f电子的跃迁特性，使稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。稀土发光材料具有很多优点：发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。目前，稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模，并正在向其他新兴技术领域扩展。稀土发光

5、材料的质量提高和应用技术的发展，推动了新一代节能光源的科研、生产、应用，并带动了许多相关行业的发展，配套能力不断增强。目前稀土发光材料，在照明、显示、信息等方面已获得广泛的应用，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。大致分类：1）光源方面：日光灯、高压汞灯、黑光灯、固体光源；2）显示方面：数字符号显示发光二极管(LED)、平板图像显示（OLED）；3）显像方面：黑白电视、彩色电视、飞点扫描、X射线成像；4）探测方面：闪烁晶体；5）激光方面：固体激光材料、玻璃激光材料、化学计量激光、液体激光、气体激光。制造方法：1)气相法：气体冷凝法；真空蒸发法；溅射法；化学气相沉积法(CVD)；

6、等离子体法；化学气相输运法等。2)固相法：高温固相合成法；自蔓延燃烧合成法(SHS)；室温和低热固相反应法；低温燃烧合成法；冲击波化学合成法；机械合金化法等。3)液相法：沉淀法；均相沉淀法；共沉淀法；化合物沉淀法；熔盐法；水热氧化法；水热沉淀法；水热晶化法；水热合成法；水热脱水法；水热阳极氧化法；胶溶法；相转变法；气溶胶法；喷雾热解法；包裹沉淀法；溶胶-凝胶法；微乳液法；微波合成法等。应用：我国拥有发展稀土应用的得天独厚的资源优势，在现已查明的世界稀土资源中，80%的稀土资源在我国，并且品种齐全。从1986年起，我国稀土产量已经跃居世界第一位，使我国从稀土资源大国变成稀土生产大国

7、。目前，无论是储量、产量，还是出口量，我国在世界稀土市场上占有举足轻重的地位。在我国稀土事业迅速发展的同时，应该清醒的看到，我国在稀土深加工方面，在稀土功能材料的开发和应用技术方面并不站在世界前列，与世界先进水平还有相当大的差距，需要我们奋起迎头赶上。目前我国稀土资源利用的特点是，一方面出口原料和粗产品；另一方面却在进口产品和精制品。因此，在我国开展稀土精细加工和稀土功能材料的研究，具有独特的意义。这是我国21世纪化学化工的重大课题，而稀土发光材料的研究将是它的一个主攻方向。