稀土掺杂荧光材料的制备与表征
一、实验目的
以“稀土掺杂荧光材料的制备与表征”为研究课题，通过查阅书籍或文献（部分相关文献由指导老师提供）选择一种目前在使用性能上相对成熟的荧光材料为研究对象，锻炼学生对材料制备和研究方法基础理论知识的融会贯通。通过本实验的学习，使学生在材料制备和研究的基本知识、基本方法和基本技能等方面受到较系统的训练，理论联系实际，培养学生的综合实验能力，良好的实验习惯以及严谨求实的科学作风提高学生科学实验的素质、创新精神。使学生较早地参加专业科研活动，为今后继续电子材料与元器件相关专业课程的学习奠定基础。
二、实验原理
荧光物质即经紫外线、X射线和电子射线等照射后发光，照射停止后发光也很快终止的物质。稀土离子具有丰富的发射光谱，镧系的4f电子可在7个4f
轨道上任意分布，从而产生各种光谱项和能级。元素原子结构差异使荧光颜色和发光强度不同，而有的稀土元素如Y3+，La3+等并不产生荧光；但是由于这些非荧光多型稀土离子可与荧光稀土离子形成双核配合物，能量转移不仅在中心离子与配体之间发生而且也存在于不同中心离子之间，而且转移目标仅为荧光稀土离子，这种“浓聚”效应大大提高了荧光强度。所以，非荧光稀土离子可以作为添加剂提高母体材料的荧光性能。
对于稀土高分子配合物，能产生强度较高荧光的Eu3+，Tb3+，Sn3+，Dy3+等稀土荧光离子虽然受激后可产生f-f跃迁，但由于在近紫外区吸光系数很小，使其发光效率低；而某些有机物π-π*跃迁激发能较低且吸光系数高。二者分别作为中心离子形成配合物，使有机分子的三重激发态与稀土离子的激发态能级相匹配，前者在近紫外区吸收能量激发后，由三重激发态以非辐射方式将能量传递给稀土离子，处于高能级的激发态稀土离子再以辐射方式跃迁到低能级从而发射特征荧光。
根据现代能带理论，半导体的价带全部被电子填满，而导带全空，价带和导带之间的能量间隔为禁带，禁带宽度用Eg表示。当半导体从外界吸收能量（光、电、高能粒子等），价带的电子将被激发到导带，这个过程称为吸收。被激发到导带的电子为非平衡载流子，它们可能自发地（普通光）或受激地（激光）从激
发态跃迁到基态，恢复到平衡态，并将吸收的能量以光的形式辐射出来，这一过程叫做发射。
半导体的吸收和发射也可以通过带隙中的局域能级进行，或者带间跃迁与局域能级间的跃迁相互交叉。对于间接带结构半导体，动量守恒要求声子参与才能完成光学跃迁，在直接带隙半导体中也可能发生声子参与的跃迁。在一般能量的激发下，主要是价电子参与光学跃迁，然而在高能激发下（如同步辐射或阴极射线），也可能发生内层电子参与的发光。处于激发态的电子不仅可能以发光的形式进行辐射复合，而且可能以无辐射的形式（如发热）将吸收的能量释放出来。
发光中心指半导体中杂质或杂质与缺陷形成的复合体，其中能够进行辐射复合，产生特征的发光。一般分为两类：一类是分立发光中心，这类中心是封闭的，杂质与基质晶格的耦合作用较弱，光的发射是在中心内部完成的，不伴随光电导，而且基质晶格对发光波长影响不大，发光主要有发光中心决定；另一类叫做复合发光中心，这类中心是开放的，杂质中心与基质晶格的耦合作用强，吸收在整个晶体中进行，依靠能量转移或碰撞激发，将能量传递到发光中心，发光来自导带与发光中心的复合，并伴随光电导，而且发光与基质的晶体结构和发光中心的结构都有关系。
分立中心包括三价稀土离子中心和三价过渡金属离子中心。由于稀土离子的最外层电子为5s2和5p6满壳层结构，形成很好的电屏蔽作用，使稀土离子4f电子的发射基本上保持离子的特征，周围晶体场对稀土离子的作用很弱，发光起源于稀土能级间的跃迁，比较容易辨认；然而过渡族3d电子并不存在稀土4f电子层外的满壳层电子结构，所以3d电子跃迁受周围晶体场的影响较大，但是考虑到晶体场的影响，仍可以找到发光跃迁与过渡金属离子能级间的关系。
不论三价稀土离子中心（4f电子）还是三价过渡族金属离子中心（3d电子），只有在晶体场作用下，才可能发生组态内的跃迁。4f或3d电子的轨道量子数相同，因而宇称相同，根据“宇称相同状态之间的电偶极跃迁被禁戒”的选择定则，只有电四极（磁偶极）跃迁才允许，但电四极跃迁的概率比电偶极跃迁要低得多。实际上，掺稀土离子或过渡族金属离子的半导体，这些离子中心的特征发光被激发，说明上述选择定则的禁戒被解除。正是在晶体场的扰动下，宇称相同状态之间的禁戒跃迁才被打破或部分被打破，才有稀土和过渡族离子发光中心丰富多彩
的光谱。
三、实验物品
实验药品：化学试剂，稀土氧化物（分析纯）。
实验设备：电子分析天平，药匙，称量纸，玛瑙研钵，刚玉坩埚，球磨机（附带球磨罐和磨球），1200 o C\1300 o C\1600 o C气氛炉。
测试仪器（结构与性能表征）：荧光分析仪。
四、实验步骤
一、按Gd1-x Tb x O(BO3)3，x=1、3、5、7、10，粉体样品0.002mol计算所需产物CaCO3，H3BO3，Gd2O3，Tb4O7各组分含量。准确秤取所需各原料，混合后置于玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中在1200o C煅烧6h，随炉至室温、取出、研磨。
二、在556nm激发光源下，测试5种掺杂浓度的样品Ca4GdO(BO3)3:Tb3+的激发光谱；并测试在317nm激发波长下5种掺杂浓度样品的发射光谱。
四、数据分析
与大多数三价稀土离子的发光原理相同，Tb3+的发射属于4f层内的f～f跃迁，但由于受5s5p的屏蔽，使其几乎不受晶体场的影响。因此，在相同的基质中，不同掺杂量Tb3+其发射峰的位置不变，仅是发光强度不同。
该图是在556nm激发光源下5种掺杂浓度样品的激发光谱。300nm～400nm
之间激发光谱只有一个较宽的峰，峰值317nm，且在不同掺杂浓度下峰的位置未出现可观察的变化。当Tb3+占据5%的Gd3+位置时，激发光谱的峰值相对强度最高，以5%为分界，两侧浓度对应强度递减。
该图是在317nm激发波长下5种掺杂浓度样品的发射光谱。在300nm～650nm 之间除了掺杂量为1%的样品外，各样品光谱均出现了3个峰值，随着波长的增大，峰值由宽峰向尖峰变化，3个峰值分别在385nm、503nm、555nm处，555nm 发射峰最尖锐，385发射峰最强，503nm发射峰强度最弱。，5%掺杂量的峰值都是最强的。
五、结果与讨论
Tb3+掺杂浓度当超过5%后都出现了光谱的发射峰和激发峰的减弱，表明发生了浓度猝灭现象。引起浓度猝灭的原因有两个：一是由于激活剂离子Tb3+掺杂量过高时，离子间距离变短，相互作用增强，产生能量转移；二是根据Tb3+的能级图分析，激发态5D3与5D4能级间的能量差和基态7F6与7F0能级间的能量差相近，当Tb3+掺杂量增加使它们之间相互作用增大时，就可能发生5D3→5D4与7F6→7F0或5D3→7F0与7F6→5D4的交叉弛豫过程导致荧光发射被猝灭。另外，掺杂量为1%的样品的发射光谱在503nm处向着波长变短的方向迅速变强，可能是由于Tb3+浓度过低，Tb3+与Gd3+协同作用部分发生了上转换发光现象，并且Tb3+分布不均匀，所以没有特征峰出现。
Tb3+的特征跃迁5D4→7F6，5D4→7F5分别对应波长487nm和543nm，相比503nm 和555nm的发射峰很近，可能激发光的能量与样品晶格发生率能量交换，在损失部分能量后又被Tb3+吸收。也就是说，这个过程可能发生了光子→声子→光子的交换以及Tb3+的5D4→7F6，5D4→7F5跃迁。
第 32卷第 1期吉首大学学报 (自然科学版 Vol. 32 No. 1 2011年 1月 Journ al of Jishou University (Natural Science Edition J an. 2011 文章编号 :1007-2985(2011 01-0088-05 正极材料 Li(Ni 1/3C o 1/3Mn 1/3 1-x Cr x O 2的合成与表征 *梁凯 1, 2, 莫如宝2, 刘建本 2, 何则强 1, 2 (1. 生态旅游应用技术湖南省重点实验室 , 湖南吉首 416000; 2. 吉首大学化学 化工学院 , 湖南吉首 416000 摘要 :采用草酸盐共沉淀法合成一系列的 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 1-x Cr x O 2正极材料 (0 x 0. 1 , 用 X 射线衍射仪 (XRD 和扫描电子显微镜 (SEM 分析合成 产物的晶体结构及表面形貌 ; 利用充放电仪测定了产物的电化学性能 . 结果表明 , 合成的 L i(N i 1/3Co 1/3M n 1/3 1-x Cr x O 2(x =0. 01, 0. 03, 0. 05, 0. 07 均保持 - 2NaFeO 2层状结构相 , 属于空间 R3m 点群 . L i(Ni 1/3 Co 1/3M n 1/3 0. 95Cr0. 05O 2的电化学性能最佳 , 首次放电容量达 158. 6mA h/g, 在 2. 5~4. 5V 区间 30次循环后比容量衰竭率仅为 3. 92%.Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 0. 95Cr 0. 05O 2和 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 CrO 2的电极阻抗变化不同 , 进而影响其电化学性能 . 关键词 :锂离子电池 ; 正极材料 ; 掺杂 ; 电化学性能 中图分类号 :O614. 111; T M 912. 9 文献标志码 :A 锂离子电池因具有比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应等优点[1], 近年在数码相机、笔记本电脑、电动车及军用通信等领域得到广泛运用 . 目 前 , 研究较多的正极材料主要有层状 LiCoO 2[2]、 LiNiO 2[3]、 LiM nO 2[4]及三元材料 Li(Ni 1/3Co 1/3M n 1/3 CrO 2[5]、尖晶石状 LiMn 2O4[6], 橄榄石型 LiFePO 4[7]等 , 但这些材料都各有优缺点 :如市场上占据领导地位的商业化正极材料LiCoO 2是运用最为成熟的正极材料 , 但 Co 元素价格昂贵且对环境会造成污染 [8]; 尖晶石状 LiMn 2O 4价格相对低廉且较为安全 , 但由于 Jahn Teller 效应 [9]等原因 使得材料循环性能较差 ; 橄榄石型 LiFePO 4具有循环性能好、安全无污染等优点 ,
目录 1 引言 ................................................................... 1.1 稀土荧光材料的概述................................................ 1.2 稀土离子的发光颜色................................................ 1.3 荧光材料发光的主要原理............................................ 1.4稀土荧光材料的制备方法 ............................................ 1.4.1水热合成法................................................... 1.4.2高温固相反应法............................................... 1.4.3燃烧法....................................................... 1.4.4共沉淀法..................................................... 2 实验部分 ............................................................... 2.1 实验仪器、药品.................................................... 2.2 实验过程.......................................................... 2.2.1 溶液的配置 .................................................. 2.2.2 实验步骤 .................................................... 3 结果与讨论 ............................................................. 3.1 水热合成制备稀土荧光材料.......................................... 3.2燃烧法制备稀土荧光材料 ............................................ 4 实验结论 ............................................................... 参考文献 ................................................................. 致谢 .. (9)
稀土发光材料的研究和应用 摘要：介绍了稀土发光材料的发光特性与发光机理。综述了我国在稀土发光材料的化学合成方法。总结了稀土发光材料的应用。最后对我国存在问题和发展前景进行了叙述。关键字：稀土发光材料；发光特性；发光机理；合成；应用；问题和展望。 Abstract：Introduces the luminescence properties of rare earth luminescent material and luminescence mechanism. Rare-earth luminescence materials in China, the paper summarized the chemical synthesis method. The application of rare earth luminescence materials is summarized. Finally, the existing problems and development prospect of the narrative in our country. Keywords：Rare earth luminescent material; Luminescence properties; Light-emitting mechanism; Synthesis; Application; Problems and its prospect. 化学元素周期表中镧系元素———镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），以及与镧系的１５个元素密切相关的两个元素——钪（Sc）和钇（Y）共17种元素称为稀土元素。稀土化合物包含至少一种稀土元素的化合物。它是一种重要的战略资源，特别是高新技术工业的重要原料，如军事装备方面一些精确打击武器、一些汽车零部件和高科技产品，都依赖用稀土金属制造的组件。据了解，中国是唯一能有效提供全部17种稀土金属的国家，且储量远远超过世界其他国家的总和，是名副其实的“稀土大国”。由于稀土元素的离子具有特别的电子层结构和丰富的能级数量，使它成为了一个巨大的发光材料宝库。在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着重要作用，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴。稀土发光材料具有发光谱带窄，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；物理和化学性质稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用等。目前稀土材料已广泛用于照明、显示、信息、显像、医学放射学图像和辐射场的探测等领域，并形成很大的工业生产和消费市场规模；同时也正在向着其他新型技术领域扩展，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。本文将介绍掺稀土离子发光材料的发光机理、节能灯、白光LED用荧光粉、PDP显示用荧光粉，以及对在上转换发光、生物荧光标记和下转换提升太阳能效率等方面的应用前景进行总结和展望。
稀土发光材料的研究现状与应用 材化092 班…指导老师：…. (陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021） 摘要稀土元素包括元素周期表中的镧系元素(Ln)和钪(Sc)、钇(Y)，共17个元素。由于稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的丰富的吸收和发射光谱，使其在发光材料中具有广泛的应用。稀土元素的特殊原子结构导致它们具有优异的发光特性，用于制造发光材料、电光源材料和激光材料，其合成的发光材料充分应用在照明、显示、医学、军事、安全保卫等领域中。稀土元素在我国的储量丰富，约占全世界的40%。本文综述了稀土发光材料的发光机理、发光特性、化学合成方法、主要应用领域以及稀土矿藏的开采方面存在的问题，并预测了今后深入研究的方向。 关键词稀土，发光材料, 应用 Current Research and Applications of rare earth luminescent materials Abstract Rare earth elements, including the lanthanides (Ln) and scandium (Sc) , yttrium (Y)of the periodic table, a total of 17 elements. a plenty of absorption and emission spectra in the light-emitting materials produced by the 4f electrons of rare earth ions transiting between different energy levels lead to a wide range of applications of rare earth luminescent materials. Special atomic structure of rare earth elements lead to their excellent luminescence properties, which is used in the manufacture of luminescent materials, the electric light materials and laser materials, 1 / 8
稀土荧光材料荧光粉 一、耀德兴科技发光粉荧光粉夜光粉： 耀德兴科技长效长余辉夜光粉是目前最常使用的夜光材料，除了自身可以用于众多领域外，发光粉、荧光粉、蓄光粉、储光粉也可经深加工制成发光碎石、发光碎玻璃、发光鹅卵石、发光马赛克、发光标志牌、发光门牌等，这些发光材料起着重要的美观、装饰、安全指示等作用，逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。夜光粉在注塑中的应用非常广泛,需遵循一定的技术和方法。 二、耀德兴科技稀土铝酸盐长效夜光粉应用范围： 夜光粉可作为一种添加剂，均匀分布于如：涂料，油墨，塑料，印花浆，陶瓷，玻璃等的各种透明介质中，实现介质的发光功能，并可白天实现本颜料的色彩，夜晚发出不同颜色的发光，呈现良好的低度应急照明，指示标示和装饰美化的功能。用该颜料制成的各种发光制品，绝对安全地应用于如：服装，鞋帽，文具，钟表，开关，标牌，渔具，工艺品和体育品等日常消费品。并在建筑装饰，运输工具，军事设施，消防应急系统如：进出口标志，逃生，救生路线的批示系统具有良好的作用。夜光发光颜料先吸收各种光和热，转换成光能储存，然后在黑暗中自动发光，并可无限次数循环使用，对阳光及紫外光有较快的吸收效果。 三、耀德兴科技夜光粉的用途： 夜光粉夜光材料具有独特的装饰、警示功能、广泛用于广告业、装饰装潢、工厂厂区的暗处通道、高压、危险、坑洞的警示，建筑工地施工现场的安全警示、军事设施的夜间无能源低度照明、公共场所的美饰、警示系统、地铁、车站、机场、港口、高速公路、城市街道、商场、办公大楼、公寓、娱乐场所、电影院、游戏场、风景区、体育馆、展览中心、学校、医院等警示标志系统、紧急疏散系统、具体表现在楼梯、走廊、墙面、地板、甲板、救生艇、救生器材、消防设施、也可用于钟表、按钮、野外仪器、指示器、收音机、照相机、一般饰品、服装制品、电源开关、钓器具上。 四、耀德兴科技夜光材料用于涂料： 1、树脂和清漆：所选用的树脂应该有较好的透光性，同时由于发光颜料为弱碱性物质，所以树脂最好为中性或弱碱性，如果用水性树脂制造水性涂料，发
1材料的性能与材料的成分密切相关，而与其结构无关。这句话对吗？ 答：不对。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。 2什么是能带理论？绝缘体、半导体、和导体的能带结构如何？ 答：在形成分子时，原子轨道构成具有分立能级的分子轨道。晶体是由大量的原子有序堆积而成的。由原子轨道所构成的分子轨道的数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。在0K时电子在能带中所占据的最高充填能级称为费米能级。固体的能带可以用能态密度表示，它表示了在单位能量间隔内电子状态的数目。能态密度为零的区间称为禁带，最高完全占据的能带称为价带，最低未完全占据的能带称为导带。 金属材料中导带被部分充填，因而具有电子导电性。 半导体和绝缘体的导带都是空的，价带完全充满，两者的区别是禁带的宽度不同。 绝缘体：价带为满带，禁带较宽达3～6eV，满带电子不能或较难激发到相邻的空带半导体：价带为满带，禁带宽度为0.1～1.5eV，一定条件下满带电子可激发到相邻的空带，从而在满带上留下空穴，空带中的电子和满带中的空穴都参与导电。导体：价带部分填入，电子很容易跃迁到高能态形成电流，或价带为满带，但与相邻空带相连或重叠，相当于一个未满的能带。 4. 超导体的主要性能指标有几个？简述其主要应用领域？ 答：三个1）临界温度Tc 2）临界磁场强度Hc 3）临界电流密度Jc 应用领域：超导输电、超导发电机、电能的超导储存、超导磁悬浮、电磁炮、超导计算机、生物超导、医学检测等。 5 超导材料零电阻效应迈斯纳效应 答：具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 在较高的温度时是导体或半导体，甚至是绝缘体，可是当温度降到某一特定值Tc时，它的直流电阻突然下降为零，这一现象称为零电阻效应。 超导态下，外磁场的磁化使超导体表面产生感应电流，感应电流在超导体内产生的磁场正好和外磁场相抵消，导致超导体内部磁场为零，即具有完全抗磁性，这种现象就是迈斯纳效应。 6 介电常数的概念 答：介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m)。 定义为电位移D和电场强度E之比，ε=D/Ε。电位移D的单位是库/二次方米(C／m^2)。 7 材料按组成结构分为哪几种材料；按性能分为哪两种材料？ 答：从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。 按化学状态分类金属材料无机物非金属材料陶瓷材料有机材料高分子材料 按物理性质分类高强度材料耐高温材料超硬材料导电材料绝缘材料磁性材料透光材料半导体材料 按状态分类单晶材料多晶质材料非晶态材料准晶态材料 按物理效应分类压电材料热电材料铁电材料光电材料电光材料声光材料磁光材
目录 1 引言 (2) 1.1 稀土荧光材料的概述 (2) 1.2 稀土离子的发光颜色 (3) 1.3 荧光材料发光的主要原理 (3) 1.4稀土荧光材料的制备方法 (3) 1.4.1水热合成法 (3) 1.4.2高温固相反应法 (3) 1.4.3燃烧法 (3) 1.4.4共沉淀法 (3) 2 实验部分 (4) 2.1 实验仪器、药品 (4) 2.2 实验过程 (4) 2.2.1 溶液的配置 (4) 2.2.2 实验步骤 (4) 3 结果与讨论 (5) 3.1 水热合成制备稀土荧光材料 (5) 3.2燃烧法制备稀土荧光材料 (6) 4 实验结论 (8) 参考文献 (8) 致谢 (9)
稀土掺杂铝酸锶荧光材料的制备 陈晓娟指导老师：陈志胜 摘要目的：制备稀土掺杂铝酸锶荧光材料方法：采用水热合成与共沉淀法结 合法和燃烧法。水热合成与共沉淀结合法：硝酸铝和铝酸锶的混合溶液中加入不 同的两种或两种以上的稀土元素硝酸盐溶液，以氨水为沉淀剂调节溶液的pH值， 将产物沉淀后放入水热反应釜中140 ℃反应12 h，使反应充分并沉淀完全。燃烧 法：硝酸铝和硝酸锶的混合液加入不同的稀土元素的硝酸盐溶液，再加入适量的 助溶剂硼酸和尿素，在600 ℃的马弗炉中点燃3 ~ 5 min后，得到粉体。本实验 利用镧（La）、钕(Nd）、钐(Sm）、钇(Y)作为激活剂和辅助激活剂。结论：不同 稀土元素制备的荧光材料发光的颜色不同，焙烧温度对荧光材料发光有较大影响，不同方法制备的荧光材料发光有所不同。 关键词共沉淀法；燃烧法；稀土；荧光材料 1 引言 1.1 稀土荧光材料的概述 一种能吸收光的能量，并且吸收后可以将光能转化为光辐射的材料，这种材料称做荧光材料。无机固体荧光材料分为掺杂材料和纯材料两种。基质本身就可以发光的材料荧光材料叫做纯材料，但是此种纯材料在自然界存量稀少。掺杂稀土的荧光材料是生活中比较常见的，必需掺杂一些必须的“杂质”，掺杂的这些“杂质”会形成发光中心存在基质的晶格中,进而可使材料发光。稀土离子具有极其丰富的电子能级，尤其存在4f轨道的电子构型[2]，该轨道可为不同能级的跃迁提供便利的条件，产生多种特征的发光能力。采用稀土及其化合物作为激活剂、基质、敏化剂、共激活剂与掺杂剂的荧光材料，一般都叫做稀土发光材料[2]。通常人们把发光材料分为一下几类见表1 表1 按激发方式分类发光材料 种类名称激发方式 电致发光光致发光X射线发光阴极射线发光放射线发光核化学发光生物发光摩擦发光气体放电或固体受电场作用 光的照射 X射线的照射 高能电子束的轰击 辐射的照射 化学反应 生物过程 机械压力 稀土荧光材料优点有：. 1)发光谱带较窄，发光颜色较纯。 2)吸收光能的力相对来说很强，对于光能的转换效率很高 3)发射波长分布区域宽 4)性质稳定，对于功率较大的高能辐射、电子束和都有极强的承受能力[3]。 正是由于稀土荧光材料具有以上优点，使得稀土荧光材料在生产、生活中应
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稀土发光材料的发光机理及其应用 作者：谢国亚， 张友， XIE Guoya， ZHANG You 作者单位：谢国亚,XIE Guoya(重庆邮电大学移通学院,重庆,401520)， 张友,ZHANG You(重庆邮电大学数理学院,重庆,400065) 刊名： 压电与声光 英文刊名：Piezoelectrics & Acoustooptics 年，卷(期)：2012,34(1) 被引用次数：2次 参考文献(19条) 1.周贤菊;赵亮;罗斌过渡金属敏化稀土化合物近红外发光性能研究进展[期刊论文]-重庆邮电大学学报(自然科学版) 2007(06) 2.段昌奎;王广川稀土光谱参量的第一性原理研究[期刊论文]-重庆邮电大学学报(自然科学版) 2011(01) 3.周世杰;张喜燕;姜峰轻稀土掺杂对TbFeCo材料磁光性能的影响[期刊论文]-重庆工学院学报 2004(05) 4.CARNALL W T;GOODMAN G;RAJNAK K A systematic analysis of the spectra of the lanthanides doped into single crystal LaF3 1989(07) 5.LIU Guokui;BERNARD J Spectroscopic properties of rare earths in optical materials 2005 6.DUAN Changkui;TANNER P A What use are crystal field parameters? A chemist's viewpoint[外文期刊] 2010(19) 7.蒋大鹏;赵成久;侯凤勤白光发光二极管的制备技术及主要特性[期刊论文]-发光学报 2003(04) 8.黄京根节能灯用稀土三基色荧光粉 1990(05) 9.VERSTEGEN J M P J A survey of a group of phosphors,based on hexagonal aluminate and gallate host lattices 1974(12) 10.PAN Yuexiao;WU Mingmei;SU Qiang Tailored photoluminescence of YAG:Ce phosphor through various methods 2004(05) 11.KIM J S;JEON P E;CHOI J C Warm-whitelight emitting diode utilizing a single-phase full-color Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+ phosphor[外文期刊] 2004(15) 12.苏锵;梁宏斌;王静稀土发光材料的进展与新兴技术产业[期刊论文]-稀土信息 2010(09) 13.SIVAKUMAR S;BOYER J C;BOVERO E Upconversion of 980 nm light into white light from SolGel derived thin film made with new combinations of LaF3:Ln3+ nanoparticles[外文期刊] 2009(16) 14.WANG Jiwei;TANNER P A Upconversion for white light generation by a single compound[外文期刊] 2010(03) 15.QUIRINO W G;LEGNANI C;CREMONA M White OLED using β-diketones rare earth binuclear complex as emitting layer[外文期刊] 2006(1/2) 16.BUNZLI J C G;PIGUET C Taking advantage of luminescent lanthanide ions 2005 17.WANG Leyu;LI Yadong Controlled synthesis and luminescence of lanthanide doped NaYF4 nanocrystals[外文期刊] 2007(04) 18.LINDA A;BRYAN V E;MICHAEL F Downcoversion for solar cell in YF3:Pr3+,Yb3+ 2010(05) 19.TENG Yu;ZHOU Jiajia;LIU Jianrong Efficient broadband near-infrared quantum cutting for solar cells 2010(09) 引证文献(2条) 1.杨志平.梁晓双.赵引红.侯春彩.王灿.董宏岩橙红色荧光粉Ca3Y2（Si3O9）2：Eu3+的制备及发光性能[期刊论文]-硅酸盐学报 2013(12) 2.严回.孙晓刚.王栋.吕萍.郑长征C24H16N7O9Sm 的晶体合成、结构与性质研究[期刊论文]-江苏师范大学学报（自然科学版） 2013(3) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/f08387055.html,/Periodical_ydysg201201028.aspx
关于稀土发光材料的认识（孙三大） 绪论 稀土元素由于具有未充满的4f电子壳层和4f电子被外层的5s,5p电子屏蔽的特性，使稀土元素具有极复杂的类线性光谱。吸收光谱使稀土离子大多有色，发射光谱使许多稀土化合物产生荧光和激光。镧系原子的组态为1S22S22P63S23P63d104S24P64d105S25P6（4f n6S2或4f n-15d6S2），其中n=1-15，La，Ce，Gd，Lu为4f n-15d6S2（镧系稀土元素电子层结构的特点是电子在外数第三层的4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取0、±1、±2、±3等7个值，故4f亚层具有7个轨道。根据Pauli不相容原理，在同一原子中不存在4个量子数完全相同的两个电子，即一个原子轨道上只能容纳自旋相反的两个电子，4f 亚层只能容纳14个电子，从La到Lu，4f电子依次从0增加到14），其余的元素4f n6S2[1-3]。 大部分无机固体致发光材料遵守斯托克斯定律，即发射光的光谱能量低于激发光的光谱能量，这样发光的现象叫做下转换发光。对于下转换发光由外界光源直接作用于稀土离子。1）使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态，完成高能级电子的排布，如图(1)所示,2）由某基团或离子等吸收高能光子后通过非福射他豫将能量传递给较低能级的稀土离子，使稀土离子中的电子由基态跃迁到激发态,如图(2)所示；另外，在1966年,在研究钨酸镱钠玻璃时,意外发现,当基质材料中掺入Yb3+离子时,Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。这一小部分光致发光材料违背了斯托克斯定律，即上转换发光，它通过吸收低光子能量的长波福射转换为高光子能量的短波福射。稀土离子可以通过激发态吸收或能量传递过程被激发至高能级而发射上转换发光，如图(3)所示。 Gound state (1)(2)(3) 图中所示（1）和（2）为下转换发光过程,图（3）为上转换发光过程。 稀土上转换/下转换发光材料在众多领域具有巨大的应用价值，对其进行理论和实验的深入
稀土夜光材料夜光粉 一、耀德兴科技稀土夜光粉发光粉发光颜料(蓄光颜料)介绍 耀德兴科技长效夜光粉蓄光颜料是一种长余辉发光材料，简称长余辉材料储光粉，又称夜光材料发光粉。这类材料在合成过程中所形成晶体的晶格里产生结构缺陷和杂质缺陷才具有发光性能，由材料晶格缺陷所引起的发光叫做自激发光，而由杂质缺陷引起的发光叫做激活发光，实际应用的各类发光材料大多为后者，你可以选择深圳市耀德兴科技生产的稀土材料长效发光粉，这种产品无毒、无害、无放射。夜光材料的发光是依据光致发光原理进行的，其激发光源一般是日光和人工光源，它吸收了激发光能并储存起来，光激发停止后，再把储存的能量以光的形式慢慢释放出来。吸收光→发光→储存→再发光，该过程可无限重复多次，和手机电池的充电→放电→再充电→再放电的反复使用过程是相似的。这种发光材料在没有外界光源的黑暗环境中会发光，其发光时间被称为余辉时间。性能较好的长余辉材料如发光颜色多样的硅酸盐体系长余辉材料等，稀土激活的碱土铝酸盐的余辉特性最为优越，可实现20小时以上的余辉发光。 二、耀德兴科技长效夜光粉发光粉材料的应用： 长余辉材料夜光体所涉及的应用领域相当广泛，其制品种类很多，将长余辉材料蓄光粉制成发光涂料、发光油墨、发光塑料、发光纤维、发光纸、发光玻璃、发光陶瓷、发光大理石等，可应用于安全应急、交通运输、建筑装潢等。在现代印刷领域中，适用于公文、有价证券、证件和高级烟、酒、药品、化妆品等高档商品的包装印刷。 三、耀德兴科技发光粉荧光粉夜光粉： 耀德兴科技长效长余辉夜光粉是目前最常使用的夜光材料，除了自身可以用于众多领域外，发光粉、荧光粉、蓄光粉、储光粉也可经深加工制成发光碎石、发光碎玻璃、发光鹅卵石、发光马赛克、发光标志牌、发光陶瓷等，在人们的工作和生活中，这些发光材料起着重要的美观、装饰、安全指示等作用，逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。夜光粉在注塑中的应用非常广泛,需遵循一定的技术和方法。 四、耀德兴科技稀土铝酸盐长效夜光粉应用范围：
稀土发光材料的特点及应用介绍 专业：有机化学姓名：杨娟学号：201002121343 发光是物体把吸收的能量转化为光辐射的过程。当物质受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收外界能量，处于激发状态,它在跃迁回到基态的过程中，吸收的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式辐射出来，即为发光。 所谓的稀土元素,是指镧系元素加上同属IIIB族的钪Sc和钇Y，共17种元素。这些元素具有电子结构相同，而内层4f电子能级相近的电子层构型、电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解等性质，故其应用十分广泛。 1稀土发光材料的发光特性 稀土是一个巨大的发光材料宝库，稀土元素无论被用作发光(荧光)材料的基质成分，还是被用作激活剂，共激活剂，敏化剂或掺杂剂，所制成的发光材料，一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。 物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光，另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。 因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当4f电子从高的能级以辐射驰骋的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。 稀土发光材料优点是发光谱带窄，色纯度高色，彩鲜艳；吸收激发能量的能力强，转换效率高；发射光谱范围宽，从紫外到红外；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级，磷光最长达十多个小时；材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束，高能射线和强紫外光的作用等。今天，稀土发光材料已广泛应用于显示显像，新光源，X射线增感屏，核物理探测等领域，并向其它高技术领域扩展。 2稀土发光材料的合成方法 稀土发光材料的合成方法包括水热合成法、高温固相合成法、微波合成法、溶胶——凝胶法、微波辐射法、燃烧合成法以及共沉淀法。 2. 1 水热合成法
2009届应用化工技术专业毕业设计（论文） 题目：稀土配合物发光材料的制备班级：化工0 9 0 2 姓名：汤孟波 学号： 200900232028 指导老师：邢静 完成时间： 2012 年 6 月
前言 由于稀土离子具有特殊的4f电子组态能级、4f5d能级及电荷转移带结构,使稀土发光材料已经成为信息显示、绿色照明工程光电子等领域的支柱材料。稀土发光材料可分为光致发光(以紫外光或可见光激发)、阴级射线发光(以电子束激发)、X射线发光(以X射线激发)以及电致发光(以电场激发)材料等。与非稀土荧光材料相比,稀土荧光材料其发光效率及光色等性能都更胜一筹。近年来,稀土发光材料的应用得到了迅猛发展,被广泛用于终端显示、光电子器件及激光技术领域。基于稀土离子4f电子跃迁的电子学、光学等充满前景的独特性质与纳米材料特性相结合,使具有表面特性和量子尺寸效应的稀土纳米复合发光材料是很有前景的一类功能材料[1]。本文将以氧化钇稀土制备为例，介绍稀土发光材料的制备过程。 摘要 稀土发光材料在照明、阴极射线光管和场发射等领域已得到广泛的应用；在节能灯、三基色、荧光粉、发光二极管灯、平面无汞荧光灯节能照明领域拥有无限广阔前景。文章重点论述了稀土——氧化钇用离子交换法和萃取法的制备和其各自特点与稀土的应用。 关键字：稀土氧化钇萃取离子交换
目录 第一章氧化钇的生产方法 1.1萃取法 (3) 1.1.1萃取法的工艺体系分类 (3) 1.1.2萃取法的工艺流程图 (5) 1.1.3有机相准备 (5) 1.1.4除杂 (7) 1.1.5萃取 (7) 1.1.6二步萃取 (8) 1.2离子交换法 (8) 1.2.1准备 (9) 1.2.2交换 (10) 1.2.3淋洗 (10) 1.2.4沉淀 (11) 1.2.5树脂再生 (11) 第二章产品质量标准 2.1产品质量标准（参考标准） (12) 第三章氧化钇的应用 3.2氧化钇的应用 (13) 参考文献 (15)
2009级《材料制备与表征》复习范围一．铁电材料 1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。线性关系，E=0，P=0。 2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。 3、铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。 4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。 5、电畴（domain）：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 6、畴壁（domain wall）：畴的间界。 7、铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。 8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。 9、铁电体的分类：1）按结晶化学；2）按力学性质；3）按相转变的微观机构；4）按极化轴多少。 10、铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。 典型的铁电材料BaTiO3 什么是电畴？电畴是如何形成的，180°畴和90°畴有何异同？ 答：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。 电畴的形成过程：新畴成核、畴的纵向长大、畴的横向扩张和畴的合并四个阶段。 180°畴自发极化方向相反，反平行，在晶体中不产生应力；180°畴前移速度比侧向移动速度快几个数量级。畴壁薄。90°畴的自发极化方向相互正交，有应力产生。新畴的发展主要依靠外电场推动90°畴壁的侧向运动。畴壁较厚。 自发极化与铁电体的概念？ 答：自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。 铁电体(ferroelectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。
全球稀土荧光粉发光材料发展现状 自64年Y2O3:Eu被用于制造荧光粉以来，稀土发光材料得到了迅猛的发展，大多数稀土元素或多或少地被用于荧光材料的合成，稀土发光材料已成为显示、照明、光电器件等领域中的支撑材料，并不断地有新的稀土荧光粉出现。 CRT荧光粉。CRT（阴极射线）荧光粉是稀土在发光材料中最早的应用，彩电的普及和PC的蓬勃发展使这一经典的新材料高速增长，目前仍有7%的年增长率，但也面临着平板显示的挑战。彩电和彩显用荧光粉的工艺基本形成于70年代，美国RCA是这一技术的鼻祖，但日本的Nichia﹑Kassei等公司为这一领域持续注入了新的技术内容，使荧光屏的亮度、对比度、清晰度、日光可读性、寿命等指标有了极大的提高。日本公司几乎垄断了CRT 荧光粉的技术，他们是行业技术标准和使用方法的制定者。 灯用荧光粉。1974年Philips公司首先合成了稀土绿粉(Ce,Tb)MgAl11O19﹑蓝粉(Ba,Mg,Eu)3Al16O27和红粉Y2O3:Eu，并将它们按一定比例混合，制成了三基色荧光粉。由于稀土三基色荧光粉优异的发光特性和节能的特点使它的应用越来越广，美、韩等国均已立法来推广节能等灯的使用，近年来，这一市场的增长保持在15~20%的水平。灯用荧光粉方面技术水平较高的Nichia﹑GE和东京化学等公司。 等离子平板显示（PDP）用荧光粉。在众多的平板显示技术中，PDP是中大屏幕（30~50寸）的首选，也是唯一达到商品化的平板显示技术。随着产品合格率的提高，售价已在3~5万圆（40~42英寸），年销售增长达50%。目前世界上制造PDP的厂家不多，主要是日本Fujitsu ﹑Mitsubishi﹑Panasonic﹑Pioneer﹑NEC﹑Hitachi, 美国Photonic Image﹑Plasmaco﹑Rogers, 韩国Samsung, 法国Thomson，荷兰Philips。PDP制造技术基本为日本垄断，荧光粉的配浆技术则由DuPont垄断。 长余辉荧光粉。近年来，长余辉荧光粉发展很快，除了新的荧光粉不断出现外，由于荧光粉理论和制造技术的发展，许多传统的荧光粉又被赋予了新的应用特性。同时，应用市场的不断扩大，也促使这一领域的研究十分活跃。 光转换材料。光转换材料是吸收太阳光中于植物生长不利的紫外光，再转换为有利植物生产的可见光，主要是400～480nm的兰光和600～680nm的红光，从而促进作物的光合作用，达到作为增产早熟的目的。常见的有稀土有机配合物光转换剂和稀土无机发光材料光转换剂，如TTA-TOPO：Eu3+, 364nm紫外线激发下发红光，稀土（Eu、Tb）螯合物光转换剂；CaS:Eu、Cl、CaS:Cu、Eu。 电致发光（EL）荧光粉。电致发光是将电能直接转化为光能，它的特点是工作电压低、能量转换效率高、体积小、重量轻、工作范围宽、响应速度快，可做成全固体化的器件。稀土掺杂的ZnS,CaS和SrS薄膜电致发光器件在平面显示中崭露头角。 场致发射显示（FED）用荧光粉。FED是有可能与PDP和LCD相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于CRT，响应速度快(≤20μs), 而功耗仅是LCD的1/3，平板显示的厚度和重量也仅为LCD的1/2，其应用前景引人关注。 据预测友达明年量产FED场发射显示器面板 友达日前决定最早在2011年四季度开始量产FED场发射显示器面板。 友达初期将生产20寸、26寸和32寸FED面板，主要适合医疗、广播所用屏幕等领域，月产能在10000片。
稀土发光材料的合成方法 130604 3113001530 吴文高 摘要: 综述了目前国内外稀土发光材料的几种合成方法,包括传统的高温固相反应法、几种软化学法(溶胶-凝胶法、低温燃烧法、水热合成法、缓冲溶液沉淀法)和物理合成法(微波辐射合成法, CO2激光加热气相沉积合成法)。总结了每种合成方法的优缺点,并对稀土发光材料新的合成方法进行了展望。 关键词: 稀土;发光材料;合成方法 Abstract: T his paper summarized several of rare earth luminescent materials synthetic methods used presently at home and abroad. The synthetic methods included high temperature solid method, sol-gel process, combustion synthesis, hydro thermal synthesis, microwave radiation method and soon. The advantages and shortcoming s of every method were discussed. The synthetic methods o f rare earth luminescent materials we re prospected. Key words : rare earth; luminescent mate rials; synthetic methods 自从20世纪70年代灯用稀土荧光粉商品化以来,发光材料的研究进入了一个新的阶段。由于稀土发光材料具有许多优良的性能和广泛的用途,目前已成为发光材料研究的一个热点。新的稀土发光材料不断涌现,随之也出现了一些新的合成方法,以进一步提高发光材料的性能。本文系统综述了稀土发光材料的各种合成方法,总结出了每一种方法的优缺点,并对今后的发展做一展望。 一，高温固相反应法 高温固相反应法是发光材料的一种传统的合成方法。固相反应通常取决于材料的晶体结构及其缺陷结构,而不仅是成分的固有反应性。在固态材料中发生的每一种传质现象和反应过
上转化材料NaYF4:Er3+,Yb3+制备及表征 摘要 含有稀土离子的上转换发光材料因具有巨大的应用价值而受到人们的广泛研究，特别是六方相NaYF4已被公认为是迄今为止发光强度最大的上转换基质材料。本文以柠檬酸作为添加剂，分别用水热法和溶剂热法合成了Er3+和Yb3+共掺杂的NaYF4纳米晶。通过X射线衍射(XRD)、场扫描电子显微镜(SEM)、荧光（FL）光谱等手段对合成的样品进行了表征。探讨了在合成NaYF4:Yb3+,Er 3+纳米材料过程中，反应条件对纳米颗粒粒径、晶型及荧光性能的影响。 关键词:上转换发光，水热法，溶剂热法，NaYF4:Yb3+,Er3+
Up-conversion Materials NaYF4:Yb3+,Er3+Preparation And Char acterization Abstract Rare earth（RE）up-conversion（UC）fluorescence materials have be e n wi dely studied due to their important application in many fields,in w ich e s pecially hexagonal NaYF4has been regarded as a basic ma t e r i al with the strongest lu minescence.Citric acid as an additive,r es p ectively,by hydrother m al method and s olvent-thermal method syn t hes i s of Er3+and Yb3+the co d o ped NaYF4nanocry s talline.The synthes i zed s am ples were characte rized by X Ray Diffraction(XRD),Scanning E lect r on Microscope(SEM),fluore scence(F L)spectra and other means.E x plor e d in synthetic NaYF4:Yb3+,Er3+ of re a ct i on conditions on the n a n o meter p article size,crystal type and fluorescenc e p r operties of i m p act. Key words:up-conversion fluorescence,Hydrothermal method,solvent-th e rmal,N aYF4:Yb3+,Er3+ 1