稀土发光材料发光原理

总第２８４期２００７年　Ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｒ　

稀　巍　

一、稀土发光材料发展年表　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。　３０多年来，我国稀土发光及材料科　学技术的研发在各级领导和部门　关心下从起步和跟踪走向自主发　展；稀土荧光体（粉）生产从零开　始，已形成一个新的产业。　２０世纪６０年代是稀土离子发　光及其发光材料基础研究和应用　发展的划时代和转折点。　价稀土　离子发光的光学光谱学、晶体场理　论等基础研究日益深入和完善。　１９６４年，高效ＹＶＯ４：Ｅｕ和Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ　红色荧光粉和１９６８年Ｙ　Ｏ　Ｓ：Ｅｕ红　色荧光粉的发明，并很快被应用于　彩色电视显象管（ＣＲＴ）中。步人　７０年代，无论是基础研究，还是新　材料研制及其开发应用进人迅速　发展时期。　‘　在２０世纪７６年代以前，我国　稀土发光及材料科学和技术并没　

不断地奋斗，就是走上成功之路。　稀土史ｉ舌　Ｅ　

有形成，仅中科院物理所对ＣａＳ和　ＳｒＳ体系中掺Ｅｕ、Ｓｍ、Ｃｅ离子的红　外磷光体的光致发光性能，以及在　ＺｎＳ：Ｃｕ或Ｍｎ的电致发光材料中　某些稀土离子作为掺杂剂对性能　影响进行少量的研究。所用稀土材　料全部进口，价格比黄金还贵。　２０世纪７０年代中科院长春物　理所抓住机遇，将这一时期国际上　大量的新科研成果引人翻译出版　向全国介绍，起了“催化剂”作用；　同时有一批从事稀土分离的化学　科技工作者也纷纷转人从事稀土　发光及材料科研和开发工作，加之　彩电荧光粉会战，使这一新兴学科　在我国正式起步并不断发展。　２０世纪６０、７０年代国际稀土　发光材料发展和我国稀土冶炼及　分离工业崛起，许多单位跟踪国际　上已有成效的工作，纷纷开展稀土　离子发光性能研究，以及许多不同　用途、不同体系的稀土发光功能材　料的研发工作，这里特别应指出的　彩电荧光粉成为全国会战任务。　根据当时国内外发展，１９７３年　国家计委下达彩电荧光粉全国会　战任务，由中科院长春物理所任组　长单位，组织北京大学、北京有色　金属研究总院、南京华东电子管　厂、北京化工厂、中科院长春应用　化学研究所、上海跃龙化工厂和上　海电子管二厂等全国主要的研究　院所、高校和工厂对彩电三基色荧　光粉进行协作攻关。经过３年努　力，使彩电三基色荧光粉一次特性　接近国外水平。　１．成果和意义：　（１）找出我国稀土红色荧光　粉比日本、美国等国家荧光粉性能　差的根本原因是三价铈、钕等少量　轻稀土杂质及非稀土杂质的猝灭　作用。而当时我国生产的氧化钇中　含有相当多的这些杂质。　（２）证实加人微量的三价铽　或镨离子可以有效地提高发红光　的三价铕离子的发光效率。　（３）由于找到影响稀土红色　荧光粉亮度的根本原因，使当初亮　度只有相对国外样品的８０％左右，　一下子提高到９８％左右，光谱和色　

稀土发光材料发光原理

稀土发光材料是一种能够在受到激发后发出可见光的材料，其发光原理是通过稀土元素的能级跃迁来实现的。稀土元素是指原子序数为57至71的元素，它们在周期表中位于镧系元素的最后一行，因此也被称为镧系元素。稀土元素具有特殊的电子结构和能级分布，使得它们在激发后能够发出特定波长的可见光。

稀土发光材料的发光原理主要包括激发过程和发光过程两个方面。首先，当稀土发光材料受到外部能量的激发时，其内部的稀土元素会吸收能量并将电子激发到高能级。这个激发过程可以通过光、电、热等方式来实现，其中最常见的是通过光激发。当稀土元素的电子处于高能级时，它们会在短时间内重新排列，电子跃迁到低能级，释放出光子能量。这些光子能量就是可见光，其波长和颜色取决于稀土元素的种类和能级结构。

稀土元素的能级结构是决定其发光性质的关键因素。由于稀土元素的电子结构复杂，其能级分布也非常丰富，因此可以发出多种不同波长的可见光。这使得稀土发光材料在荧光显示、LED照明、激光器件等领域具有广泛的应用前景。同时，通过调控稀土元素的能级结构和掺杂浓度，可以实现对发光材料发光性能的调控和优化，从而满足不同应用场景的需求。

总的来说，稀土发光材料的发光原理是通过稀土元素的能级跃迁来实现的，激发过程和发光过程是其发光机制的核心。稀土元素的特殊电子结构和能级分布决定了其发光性质的多样性和可调控性，为其在光电器件领域的应用提供了广阔的空间。随着科学技术的不断发展，相信稀土发光材料将会在更多领域展现出其独特的魅力和价值。

第二章 稀土发光材料的制备及应用

近几十年来，稀土发光材料在国内外得到惊人的发展，形成了相当大的生产规模和客观的市场，其产值和经济效益都很高[1-3]。到 90 年代，依然以一定的速度增长。国内外在稀土新材料方面几乎每隔 3~5 年就有一次突破，而稀土发光材料则是这宝库中五光十色的瑰宝。据美国商业信息公司最近统计，在美国稀土各应用高技术领域中，光存储器的年增长率达 50%，灯用稀土荧光粉 20%，名列第二位，电视荧光粉为 %，仅电视用荧光粉1998 年在美国的消费量居稀土消费量第五位，为 吨，价值 2700 万美元，到 1995 年达 吨。我国彩电荧光粉及紧凑型荧光灯用稀土荧光粉在 80年代增长速率更快，工业生产规模相当可观，且有部分出口。这表明，稀土发光材料的发展及在稀土各应用领域中占有举足轻重地位。随着新型平板显示器、固态照明光源的发展，对新型高效发光粉体的需求日益增多。由于纳米材料具有其他大颗粒材料所不具有的结构及各种性质如电性质、光性质等，研究纳米稀土发光材料已成为目前引人注目的课题。以钒酸盐、磷酸盐为基质的纳米稀土发光材料都是很具有研究意义及应用价值的稀土荧光粉，比如纳米级 YVO4:Eu，作为一种很好的红光粉体，已经广泛应用于荧光灯以及彩色显像管（CRT）中[4-6]。另外，近来的研究表明纳米级 Y(V,P)O4:Eu，YPO4:Tb在真空紫外区（VUV）有较好的吸收，是很有前途的等离子体平板显示器（PDPs）用的发光材料[7-11]。在纳米尺度的YBO3:Eu3+中，由于表面Eu3+对称性低，使得5D0－7F2 的跃迁几率增加，这改善了YBO3:Eu3+体材料中色纯度低的问题[12 ]。总之，随着科技的发展和人们生活的需要，稀土发光材料的研究面临着新的挑战：这主要包括激发波长的变化，如PDP用荧光粉需真空紫外激发，固态照明用荧光粉需近紫外激发；材料尺寸形态的变化等。这就要求人们改善材料的发光性质或开发新的发光体系。

稀土发光材料的发光机理及其应用

学好：09021126 姓名：彭振华

摘 要：稀土是我国的重要战略资源，对稀土元素的基本物理和化学性质的了解，是深入研究稀土元素的结构与性能，开发稀土生产新的工艺流程、稀土元素新应用、稀土新材料，充分利用稀土资源的基础。稀土发光材料在一些方面已得到普遍应用并在新能源和生物医学等方面具有重要的应用前景。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。

1、稀土发光材料的发光原理

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。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，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。

2、稀土发光材料的重要应用

2.1光致发光材料

灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化等方面发展。这些发光灯主要被用于照明、复印机光源、光化学光源等由发射红、绿、蓝3种含稀土的荧光粉(即三基色荧光粉)按一定比例混合制成的节能灯。由于其光效高于白炽灯数倍，光色也好，被长期用于办公室、百货商店和工厂中的照明中。稀土发光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、生产及应用，并带动了许多相关行业的发展。

典型的荧光灯是在玻璃管内壁涂荧光粉，当灯通电时，封装在灯两端的电极间放电发出紫外光，荧光粉吸收紫外光受到激发，然后通过各种非辐射弛豫过程和能量传递过程，使稀土离子处于可发出可见光的能态上，从而进一步发出各种颜色的可见光。