一、簡(jiǎn)介

       稀土發(fā)光材料(Rare Earth Luminescent Materials)是由稀土4f電子在不同能級(jí)間躍出而產(chǎn)生的，因激發(fā)方式不同，發(fā)光可區(qū)分為光致發(fā)光(photoluminescence)、陰極射線發(fā)光(cathodluminescence)、電致發(fā)光(electroluminescence)、放射性發(fā)光(radiation luminescence)、X射線發(fā)光(X-ray luminescence)、摩擦發(fā)光(triboluminescence)、化學(xué)發(fā)光(chemiluminescence)和生物發(fā)光(bioluminescence)等。稀土發(fā)光具有吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高，可發(fā)射從紫外線到紅外光的光譜，特別在可見光區(qū)有很強(qiáng)的發(fā)射能力等優(yōu)點(diǎn)。稀土發(fā)光材料已廣泛應(yīng)用在顯示顯像、新光源、X射線增光屏等各個(gè)方面。

       在稀土功能材料的發(fā)展中，尤其以稀土發(fā)光材料格外引人注目。稀土因其特殊的電子層結(jié)構(gòu)，而具有一般元素所無(wú)法比擬的光譜性質(zhì)，稀土發(fā)光幾乎覆蓋了整個(gè)固體發(fā)光的范疇，只要談到發(fā)光，幾乎離不開稀土。稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態(tài)，因此有豐富的電子能級(jí)和長(zhǎng)壽命激發(fā)態(tài)，能級(jí)躍遷通道多達(dá)20余萬(wàn)個(gè)，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射，構(gòu)成廣泛的發(fā)光和激光材料。隨著稀土分離、提純技術(shù)的進(jìn)步，以及相關(guān)技術(shù)的促進(jìn)，稀土發(fā)光材料的研究和應(yīng)用得到顯著發(fā)展。發(fā)光是稀土化合物光、電、磁三大功能中最突出的功能，受到人們極大的關(guān)注。就世界和美國(guó)24種稀土應(yīng)用領(lǐng)域的消費(fèi)分析結(jié)果來(lái)看，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)值和價(jià)格均位于前列。中國(guó)的稀土應(yīng)用研究中，發(fā)光材料占主要地位。

稀土化合物的發(fā)光是基于它們的4f電子在f-f組態(tài)之內(nèi)或f-d組態(tài)之間的躍遷。具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子，其光譜大約有30 000條可觀察到的譜線，它們可以發(fā)射從紫外光、可見光到紅外光區(qū)的各種波長(zhǎng)的電磁輻射。稀土離子豐富的能級(jí)和4f電子的躍遷特性，使稀土成為巨大的發(fā)光寶庫(kù)，從中可發(fā)掘出更多新型的發(fā)光材料。

稀土發(fā)光材料的應(yīng)用會(huì)給光源帶來(lái)環(huán)保節(jié)能、色彩顯色性能好及長(zhǎng)壽命的作用，有利于推動(dòng)照明顯示領(lǐng)域產(chǎn)品的更新?lián)Q代。目前，我國(guó)稀土發(fā)光材料行業(yè)緊跟國(guó)際稀土發(fā)光材料研發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展潮流，與下游產(chǎn)業(yè)之間建立了良好的市場(chǎng)互動(dòng)機(jī)制，成為節(jié)能照明和電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中不可或缺的基礎(chǔ)材料。除上述領(lǐng)域外，稀土發(fā)光材料還被廣泛應(yīng)用于促進(jìn)植物生長(zhǎng)、紫外消毒、醫(yī)療保健、夜光顯示和模擬自然光的全光譜光源等特種光源和器材的生產(chǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷得到拓展。

二、主要應(yīng)用

⑴光源:日光燈 Ca5(PO4)3(Cl,F):[Sb3+,Mn2+]; BaMg2Al16O27:Eu2+;MgAl11O16:[Ce3+,Tb3+]; Y2O3:Eu3+

高壓汞燈 Y(PV)O4:Eu; YVO4:Eu,Tb

黑光燈YPO4:Ce,Th; MgSrBF3:Eu

固體光源 GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce

⑵顯示:數(shù)字符號(hào)顯示 發(fā)光二極管(LED)

平板圖像顯示 OLED

⑶顯像:黑白電視 Gd2O2S:Tb

彩色電視 Y2O3:Eu; Y2O2S:Eu

飛點(diǎn)掃描 Y2SiO5:Ce

X射線成像 (Zn,Cd)S:Ag; CaWO4; BaFCl:Eu2+; La2O2S:Tb3+; Gd2O2S:Tb3+

⑷探測(cè):閃爍晶體 CsI,TlCl

⑸激光:固體激光材料 YAG:Nd3+; YAP:Nd3+; YLF:Nd3+

玻璃激光材料 摻Nd3+硅酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽玻璃

化學(xué)計(jì)量激光 PrCl3; NdP5O14; NdLiP4O12; NdKP4O12; NdK3(PO4)2; NdAl3(BO3)4; NdK5(MoO4)4

液體激光 Eu3+激活的苯酰丙酮(BA)、二苯酰甲烷(DBM)、三氟乙酰丙酮(TFA)和苯三氟丙酮(BTFA)等

氣體激光 Sm(I),Eu(I),Eu(Ⅱ)，Tm(I),Yb(I),Yb(Ⅱ)，Yb等金屬蒸氣

三、優(yōu)點(diǎn)及稀土應(yīng)用

       稀土發(fā)光材料具有很多優(yōu)點(diǎn):發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷;光吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高;發(fā)射波長(zhǎng)分布區(qū)域?qū)?熒光壽命從納秒跨越到毫秒達(dá)6個(gè)數(shù)量級(jí);物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強(qiáng)紫外光的作用。正是這些優(yōu)異的性能，使稀土化合物成為探尋高新技術(shù)材料的主要研究對(duì)象。目前，稀土發(fā)光材料廣泛應(yīng)用于照明、顯示、顯像、醫(yī)學(xué)放射圖像、輻射場(chǎng)的探測(cè)和記錄等領(lǐng)域，形成了很大的工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)模，并正在向其他新興技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展。

我國(guó)擁有發(fā)展稀土應(yīng)用的得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)已查明的世界稀土資源中，80%的稀土資源在中國(guó)，并且品種齊全。從1986年起，中國(guó)稀土產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一位，使中國(guó)從稀土資源大國(guó)變成稀土生產(chǎn)大國(guó)。目前，無(wú)論是儲(chǔ)量、產(chǎn)量，還是出口量，中國(guó)在世界稀土市場(chǎng)上占有舉足輕重的地位。在中國(guó)稀土事業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)該清醒的看到，中國(guó)在稀土深加工方面，在稀土功能材料的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)方面并不站在世界前列，與世界先進(jìn)水平還有相當(dāng)大的差距，需要我們奮起迎頭趕上。目前中國(guó)稀土資源利用的特點(diǎn)是，一方面出口原料和粗產(chǎn)品;另一方面卻在進(jìn)口產(chǎn)品和精制品。因此，在中國(guó)開展稀土精細(xì)加工和稀土功能材料的研究，具有獨(dú)特的意義。這是中國(guó)21世紀(jì)化學(xué)化工的重大課題，而稀土發(fā)光材料的研究將是它的一個(gè)主攻方向。