稀土材料的相关知识.ppt

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1、稀土掺杂无机微/纳米荧光材料的制备及光谱学性质研究报告人：武琦内容简介发光材料的基本概念稀土元素纳米材料的分类纳米微粒的制备方法分类一、材料的分类二、稀土发光材料三、纳米材料的分类四、工作进展金属材料无机非金属材料高分子材料（聚合物）复合材料材料的分类物理化学属性无机物材料有机物材料复合材料按化学组成结晶状态材料的尺寸用途单晶材料多晶材料非晶态材料准晶材料零维材料一维材料二维材料三维材料电学材料电工材料光学材料感光材料耐酸材料耐磨材料耐火材料一、材料的分类二、稀土发光材料发光是物体不经过热阶段而将其内部某种方式吸收的能量直接转换为非平衡辐射的现象。发光是一种宏观现象，但它和晶体内部的缺陷结构、

2、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。固体的发光某一固体化合物受到光子、带电粒子、电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收、存储、传递和转换过程。如果激发能量转换为可见光区的电磁辐射，这个物理过程称为固体的发光。发光材料由基质（作为材料主体的化合物）和激活剂（作为发光中心的少量掺杂离子）组成，在一些材料中，还掺入其它杂质离子来改善发光性能。（一）发光材料的基本概念发光材料是在各种类型激发下能发光的物质。一般分为：光致发光材料、电致发光材料、X射线致发光材料、阴极射线致发光材料、放射线发光材料。光致发光材料：物体在紫外线光、太阳光或普通灯光照射后，该物体在黑暗的环境中具有一定的发

3、光性能，称这种物体叫光致发光材料；电致发光(英文electroluminescent)，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象；阴极射线致发光材料：电子束激发发光材料引起的发光；X射线发光材料：由x射线来激发发光材料产生发光的现象称为x射线发光；放射线发光：由放射性物质蜕变时放出的粒子，粒子和射线而发光的物质稀土的发光时由于稀土离子位于内层的4f电子在不同能级之间跃迁产生的。稀土离子位于内层的4f电子在不同能级之间的跃迁，产生了大量的吸收和荧光发射光谱信息。电子从基态或较低能态吸收跃迁至较高能级是一个吸收激

4、发能量的过程，从激发态的较高能级跃迁至较低能级或基态时产生光的发射，能级跃迁过程与稀土离子的特性密切相关。在稀土发光材料中，研究最多的是+3价态的离子，而非正常价态稀土离子的激发态构成与相应的+3价态离子完全不同，光谱特性，尤其是光谱结构会发生显著的变化。2.1稀土元素（三）稀土元素发光的性能特点稀土元素是化学性质非常相似的一组元素，在元素周期表中是从57号到71号元素镥结束，共15个元素，它们是从La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu,它们的电子结构特点是都含有4f电子壳层，各个元素之间的主要差别是4f电子的数目不同。元素的电子结构形式一般可

5、以写成1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64fN(或4fN-15d)6s2,这些元素失去电子后形成各种这些元素失去电子后可以形成各种离子状态,各类离子状态的电子组态和基态情况见下表表2.1镧系元素和离子的电子组态和它们的基态原子序元素R组态基态R1+组态基态R2+组态基态R3+组态基态58Ce4f5d6s21G44f5d6s2G7/24f23H44f2F5/259Pr4f36s24I9/24f36s5I44f34I9/24f23H460Nd4f46s25I44f46s6I7/24f45I44f34I9/261Pm4f56s26H5/24f56s7H24f56H

6、15/24f45I462Sm4f66s27F04f66s8F1/24f67F04f56H15/263Eu4f76s28S7/24f76s9S44f78S7/24f67F064Gd4f75d6s29D24f75d6s10D5/24f75d9D24f78S7/265Tb4f96s26H15/24f96s7H84f96H15/24f89D266Dy4f106s25I84f106s6I17/24f105I84f96H15/267Ho4f116s24I15/24f116s5I84f114I15/24f105I868Er4f126s23H64f126s4H13/24f123H64f114I15/269Tm

7、4f136s22F7/24f136s3F44f132F7/24f123H670Yb4f146s21S04f146s2S1/24f141S04f132F7/271Lu4f145d6s22D3/24f146s21S04f146s2S1/24f141S0注:R表示稀土元素,R1+、、R2+、和R3+表示稀土元素的一价、二价和三价离子具有f-f跃迁的稀土发光材料的发射光谱呈线状，色纯度高；由于4f轨道处于