稀土发光材料

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1、目录第一讲发光的基础知识第二讲稀土发光材料基本知识第三讲稀土荧光粉的制备方法及性能评价第四讲灯用稀土发光材料第五讲稀土长余辉发光材料第六讲显示用稀土荧光粉1第一讲发光的基础知识发光是物质在热辐射之外以光的形式发射出多余的能量，而这种多余能量的发射过程具有一定的持续时间。发光是一种宏观现象，与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。按其被激发的方式，发光可分为：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光和生物发光等。2光致发光是指用紫外光、可见

2、光或红外光激发发光材料而引起的发光现象。电致发光是由电场直接作用在物质上所产生的发光的现象。阴极射线发光是发光物质在电子束激发下所产生的发光现象。辐照发光是发光物质在高能光子（如X射线和γ射线）和高能粒子（α粒子、β粒子、质子、中子）辐照下产生的发光现象。3吸收光谱是描述吸收系数随入射光波长变化的谱图。漫反射光谱是指漫反射率随入射波长而变化的谱图。激发光谱是指发光材料在以不同波长光的激发下，该材料的某一发光谱线和谱带的强度或发光效率与激发波长的关系。发射光谱是指发光材料在某一特定波长光的激发下，所发

3、射的不同波长光的强度或能量分布。4光谱曲线最大强度的一半所对应的两个波长之差，定义为该光谱的谱线的宽度。常称为半宽度，也称作谱线宽度。发光材料的发射波长一般总是大于激发光波长，这称为斯托克斯定律。物质的发射光波长短于激发光波长的反常现象，称为反斯托克斯效应。5光源在单位时间、向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通量。光通量与光源的辐射强度有关，还与波长有关。光源某方向单位立体角内发出的光通量定义为光源在该方向上的发光强度，其单位为坎德拉。亮度是光度学量，单位为尼特或坎德拉每平方米，表示颜色的明暗程

4、度。发光能量对吸收能量之比称为发光的“能量效率”。6发光材料辐射出的量子数（N发光）与吸收的激发量子数（N吸收）之比称为量子效率。流明效率即是发射的光通量与激发时输入的光功率或被吸收的其他形式能量总功率之比，单位为流明/瓦，常用来表示荧光粉的发光效率。激发停止后发光材料的发光称为余辉，余辉时间小于10-8s的发光称为荧光，大于10-8s的发光称为磷光。7光源发光的颜色与黑体加热到某个温度所发出的颜色相同时，黑体所达到的温度称为光源的颜色温度，简称色温。光源的显色指数是待测光源与参照光源分别照明某些特

5、定的色板时显现颜色相符程度的度量，它定量地表示了光源的显色性。8第二讲稀土发光材料的基本知识稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f—f组态之内或f—d组态之间的跃迁。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，它们可发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。当电子依次填入4f亚层的不同m值的轨道时，组成了镧系基态原子或离子的总轨道量子数L，总自旋量子数S和总角动量量子数J和基态光谱项2S+1LJ。要求会导求给出稀土离子的基态光谱项。9Tb3+有8个4f电

6、子，2个自旋相反，6个为自旋平行的未成对电子，将所有电子的磁量子数相加，得将所有电子的自旋量子数相加，得即为J的数目；所以Tb3+的基态光谱项可写为10以Gd3+为中心，Gd3+以前的fn（n=0~6）和Gd3+以后的f14-n是一对共轭元素，它们具有类似的光谱项。+3价镧系离子的总自旋量子数S随原子序数的增加在Gd3+处发生转折变化；总轨道量子数L和总角动量量子数J随着原子序数的增加呈现双峰的周期变化。Gd3+以前的轻镧系离子的光谱项J值是从小到大向上排列的，而Gd3+以后的重镧系离子的J值是从大

7、到小反序向上排列的。11+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；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；④光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。12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。从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨道，从f1到f13，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

8、材料的激活离子。13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。+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构型：4fn-15d1和4fn。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。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。14+4价态稀土离子和与其相邻的前一个+3价稀土离子