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稀土发光材料、稀土荧光粉、用途功能技术介绍自古以来，人类就喜欢光明而害怕黑暗，梦想能随意地控制光，现在我们已开发出很多实用的发光材料。
在这些发光材料中，稀土元素起的作用很大，稀土的作用远远超过其它元素。
一、稀土发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）在反回到基态的过程中，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，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能。
稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素发挥着非常重要的作用。
自1973年世界发生能源危机以来，各国纷纷致力于研制节能发光材料，于是利用稀土三基色荧光材料制作荧光灯的研究应运而生。
1979年荷兰菲利浦公司首先研制成功，随后投放市场，从此，各种品种规格的稀土三基色荧光灯先后问世。
随着人类生活水平的不断提高，彩电已开始向大屏幕和高清晰度方向发展。
稀土荧光粉在这些方面显示自己十分优越的性能，从而为人类实现彩电的大屏幕化和高清晰度提供了理想的发光材料。
稀土荧光材料与相应的非稀土荧光材料相比，其发光效率及光色等性能都更胜一筹。
因此近几年稀土荧光材料的用途越来越广泛，年用量增长较快。
根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光（以紫外光或可见光激发）、阴极射线发光（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。
二、光致发光材料—灯用荧光粉灯用发光材料自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、艺术化方向发展。
主要用于各类不同用途的光源，如照明、复印机光源、光化学光源等。
其中三基色荧光粉（由红、绿、蓝三种稀土的荧光粉按一定比例混合而成）制成的节能灯，由于光效高于白炽灯二倍以上，光色也好，受到世界各国的重视。
稀土上转换发光应用稀土元素是指第三至第七十个原子序数的元素，这些元素在地壳中含量极少，但它们在现代科技和工业中却有着广泛的应用。
其中，稀土的上转换发光应用是非常重要和炙手可热的一个领域。
下文将从原理、应用、发展前景等方面来探讨稀土上转换发光的应用。
一、上转换发光原理稀土元素的电子结构决定其可以被分成两类：4f电子与外层电子的分离度不同，因而有内层跃迁和外层跃迁两种。
这两种跃迁引起的发光现象不同。
内层跃迁产生的是X射线、紫外线或者硬X射线辐射。
而外层跃迁则是稀土元素发光的基本原理。
稀土元素的最外层电子的量子态分布未完全填满，有一个或几个空的能级存在。
当这些外层电子被激发到高能级后，它们会逐个跃迁回到低能级，这个过程中会释放出可见光、近红外光和紫外光等。
稀土元素的外层跃迁分为两种，即内壳外电子跃迁和内电子外壳跃迁。
前者是指一个4f电子从内层能级跃迁到外层能级，后者是指一个内层电子与外层的4f电子之间进行电荷传递（也称“能量传递”或“电子传递”）过程中发射光子。
因为内层电子的能级更低，它们的外层能级的距离比较远，因此电子传递需要一个或几个中间介体来完成。
中间介体一般是钙钛矿（CaF2和SrF2）或氟化物晶体，如YF3、YbF3等。
稀土上转换发光具有许多优点，如它可以通过调整稀土离子的能级状态来发射不同波段的光，并且易于控制，不容易被破坏。
因此，它在生物医学、光电子学、传感器、光学储存等领域有着广泛的应用。
（一）生物医学应用稀土上转换发光可用于生物医学成像。
较低剂量的上转换荧光可以应用于骨骼成像展现低剂量的高质量成像表现。
稀土上转换发光荧光纳米粒子（UCNPs）的荧光可以通过肌肉组织和皮肤等组织的穿透点，以实现深度组织成像。
这些UCNPs可作为液态标记剂以及针对的成像前引导剂（PGD)。
另外，稀土上转换发光还可以用于分子分析和诊断。
例如，荧光共振能量转移（FRET）是利用稀土上转换发光器件的近红外能量来直接激发染色体分子的荧光共振能量传递(弗雷塔)。
稀土材料在光电子器件中的应用光电子器件是指将光与电子相互转换的设备，广泛应用于通信、显示、能源和传感等领域。
稀土材料由于其独特的光电性能和结构特点，成为光电子器件中的重要材料之一。
本文将从发光材料、光电探测器和光纤通信器件三个方面探讨稀土材料在光电子器件中的应用。
一、发光材料发光材料是指能够将电能或其他能量形式转化为光能并发出可见光的材料。
稀土材料由于其丰富的能级结构和较大的能带宽度，具有优异的光致发光性能。
其中，钇铝石榴石(YAG)是一种常见的稀土发光材料。
通过掺入不同的稀土离子，如铒、钕或铽等，可以实现不同波长的发光。
这使得稀土材料在LED照明、显示器、激光器等领域得到广泛应用。
二、光电探测器光电探测器是指能够将光信号转化为电信号的器件。
稀土材料在光电探测器中的应用主要体现在增强探测器的敏感度和响应速度。
以硅为基础的光电探测器在可见光范围内的响应较低，而掺杂稀土离子后的硅材料能够吸收更多的光子，并提高电子-空穴对的产生率，从而提高光电探测器的灵敏度。
此外，稀土材料还可以改变光电探测器的能带结构，增加载流子的迁移率，提高响应速度。
因此，稀土材料在夜视器件、光通信和光谱分析等领域有着广泛的应用前景。
三、光纤通信器件光纤通信是一种基于光信号传输的通信方式，具有大带宽、低损耗和抗干扰等优点。
稀土材料在光纤通信器件中的应用主要体现在光纤放大器和光纤激光器中。
光纤放大器是一种能够放大光信号的器件，其中掺杂稀土离子的光纤材料被广泛应用于光纤放大器的增益介质。
稀土材料的能级结构使其能够实现宽带增益，提高光纤放大器的增益带宽。
同时，稀土材料还可以通过调节掺杂浓度和光纤结构，实现不同波长范围内的增益。
光纤激光器是一种能够产生激光光束的器件，而稀土材料的能级结构和较长的寿命使其成为激光器的理想工作介质。
掺杂稀土离子的光纤材料能够实现多种波长的激光输出，并具有较高的激光效率和较低的激光阈值。
综上所述，稀土材料在光电子器件中具有重要的应用价值。
稀土材料的研究与应用稀土指的是元素周期表中位置为57-71的15种元素，它们包括镧系、铈系、钕系、钷系、铕系、钐系、铽系、镝系、钬系、铒系、铥系、镱系、镥系、铼系、锗系。
稀土元素的名称表明它们在大地幔中比较少见，但在矿物、矿床和矿物化物中常常以比较高的浓度出现。
有些稀土元素具有特殊的电学、磁学、光学和催化性能，因此被广泛应用于高科技、能源、环境、医药、冶金、生态和军事等领域。
近年来，随着科技的不断进步和人类对环境、能源和健康等问题的关注，稀土材料得到了越来越广泛的关注和研究。
本文将介绍稀土材料的基本特性、应用领域和研究进展，以及稀土材料在未来的发展方向和应用前景。
一、稀土材料的基本特性稀土元素具有较为独特的性质，主要包括以下几个方面：（1）原子结构。
稀土元素的原子结构非常复杂，其中电子排布最为复杂。
由于它们的原子结构中存在丰富的4f和5d轨道，使得稀土元素具有较为特殊的电子结构和光谱学性质。
（2）磁性。
稀土元素具有磁性，在一定条件下可以产生磁记忆效应。
镝、钬、铕、铽等稀土元素表现出极高的自旋磁矩，能被用于制作高性能的磁体材料。
（3）发光性质。
稀土元素的电子结构中存在激发态和激发转移，从而具有显著的发光性质。
其中，钇和铯的双色磷光材料在电视机和LED屏幕中得到了广泛应用。
（4）光学性质。
稀土元素具有良好的光学性能，能在可见光、近红外和紫外等波长范围内吸收和发射。
钇、镥、铒、镝等稀土元素可被用于高效的荧光材料，用于荧光灯泡、光纤通信、场发射显示器等领域。
（5）化学性质。
稀土元素具有良好的氧化性、还原性和稳定性，化学性质相对其他元素而言比较复杂。
稀土元素常被用于高温、高强度金属材料的制备。
二、稀土材料的应用领域稀土材料具有广泛的应用领域，以下列举几个典型的应用实例。
（1）新能源和环保。
钕铁硼永磁材料在电机、电动车和风力发电机中得到了广泛应用；铕和镝的催化剂可用于净化废水和治理大气污染。
（2）医药和生物技术。
稀土新材料及其在高技术领域的应用陈占恒摘要：本文简要叙述了稀土新材料及其在高技术领域的应用，并进行了简要分析，认为提高我国稀土产业自身高技术应用水平以及开发稀土新材料及其在高技术领域应用技术是实现稀土资源优势向经济优势转化的根本出路。
关键词：稀土；稀土新材料；高技术应用稀土元素独特的物理化学性质，决定了它们具有极为广泛的用途。
稀土元素具有独特的4f电子结构，大的原子磁距，很强的自旋轨道耦合等特性，与其它元素形成稀土配合物时，配位数可在3～12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的。
在新材料领域，稀土元素丰富的光学、电学及磁学特性得到了广泛应用。
在高技术领域，稀土新材料发挥着重要的作用。
稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土贮氢材料、稀土催化剂材料、稀土陶瓷材料及其它稀土新材料如稀土超磁致伸缩材料、巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等。
1 稀土永磁材料稀土永磁材料因其合金成份不同，目前可分为三类〔1〕:(1)稀土-钴永磁材料：SmCo5、Sm2Co17;(2)稀土-铁永磁材料：Nd2Fe14B;(3)稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。
按开发应用的时间顺序可分为第一代(1∶5型SmCo5)、第二代(2∶7型Sm2Co17)、第三代(NdFeB)，目前正在积极开发寻找第四代稀土永磁体。
Sm2Co17具有较高的磁性能和稳定性，得到了广泛的应用。
80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世，因其优异的性能和较低的价格很快在许多领域取代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业化生产。
日本已开发出了磁能积为55.8MGOe的Nd2Fe14B型稀土永磁体。
NdFeB永磁体已广泛地用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。
中国NdFeB产量1998年占世界总产量的38%，总量为3850吨。
但中国NdFeB产业仍未形成规模化经营，产品多为中低档产品，磁能积一般小于45MGOe，多为40MGOe以下产品，因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于几个大厂，其产品多为40MGOe以上产品，多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高技术领域。
稀土发光材料及其应用
1、概述稀土离子的发光特性，主要取决于稀土离子4f壳层电子的性质。
随着稀土离子4f壳层电子数量的变化，表现出不同的跃迁形式和极其丰富的能级跃迁。
研究表明，稀土离子的4fN电子组态中，有1639个能级，能级之间的可跃迁数目高达199177个，可观察到的谱线达30000多条，如果再涉及到4f—5d的能级跃迁，则数目更多。
因而，稀土离子可以吸收或发射从紫外到红外区的各种波长的光，形成多种多样的发光材料。
由于稀土离子特有的发光特性，为其作为高效发光材料奠定了基础，并在发光学和发光材料的发展过程中起着里程碑的作用。
如1964年Y2O3∶Eu和Y2O3S∶Eu等彩电红粉的出现，使彩电的亮度提高到一个新的水平；20世纪70年代出现的红外变可见上转换发光材料，从理论上提出反Stokes效应；1974年报道的稀土三基色荧光粉为新一代荧光灯奠定了基础。
近30年来，稀土发光材料正在逐渐取代非稀土发光材料，已经在光致发光、电致发光、阴极射线发光和X射线发光材料方面获得重要而广泛的应用，稀土发光材料的研究也成为发光材料的研究重点和前沿，国内外的竞争非常激烈。
2、国内本
行业的发展现状及未来发展趋势（1）阴极射线发光材料主要应用于电视机、计算机、示波器、雷达等各种荧光屏和显示器，其中在彩色阴极射线管（CRT）的发展最快，在彩色电视的发展过程中，稀土荧光粉起到了里程碑的作用。
在20世纪60年代中期，成功地合成了YVO4∶Eu、Y2O3∶Eu和Y2O3S∶Eu等稀土红色荧光粉，突破了红粉亮度上不去的障碍，使彩电的亮度提高到一个新的水平。
目前，国内普通彩电中使用的蓝粉和绿粉仍然是硫化锌系列荧光粉，但由于硫化锌型绿粉的光衰比蓝粉和红粉的大，需要增加电视机的色彩调节，因此需要开发新的绿色荧光粉。
近几年随着国外新型稀土蓝色荧光粉和绿色荧光粉的开发成功，正在取代传统的荧光粉，使高清晰度大屏幕彩电开始大批量投放市场，进入平常百姓家庭。
对于彩色电视飞点扫描管、束电子引示管、扫描电子显微镜探测镜等所需的超短余辉荧光粉（τ≤μs），目前都是Ce3+激活的，其寿命非常短，一般在30~100ns。
(2)电致发光材料固体平板显示技术是显示技术领域的主要发展趋势之一，液晶显示、电致发光显示、等离子体显示是三种主要的平板显示技术。
电致发光平板化微机终端显示器用于便携式微机，已经在美国、日本、芬兰有商品生产，预计在今后将迅速发展，与阴极射线发光分庭抗争。
目前已商品生产的电致发光材料是ZnS∶Mn。
为实现彩色电致发光平板显示，国内外许多实验室正在大力研究掺杂稀土的薄膜材料。
（3）X射线发光材料以稀土荧光粉为主的新的X射线增感屏作为X射线发光材料已日益受到人们的重视，并得到不断的发展，近年来新发现的几种荧光粉，不仅具有与CaWO4同样的照
明效果，而且在X射线激发下效率相当高。
由此可以使患者所受的X射线辐射减少75%，同时使图象质量改善，延长X射线管的寿命。
如对蓝色敏感的LaOBr∶Tb，BaFCl∶Eu；对绿色敏感的Gd2O2S∶Tb。
20世纪80年代开发的LnTaO4荧光粉和Gd2O2S陶瓷闪烁体引起人们的重视，稀土钽酸盐晶体存在3种不同的结构，呈现出优异的发光特性，其对X射线的吸收和增感速度、荧光强度和分辨率等特性都超过了CaWO4；Gd2O2S陶瓷闪烁体是余辉短、灵敏度高的闪烁体，正在成为X射线计算机断层扫描仪中所必需的固体探测器，其灵敏度是采用CaWO4的2倍。
另外，X射线影像存储材料也称为光激励材料（PSL）已经被应用于计算机化的X射线医用诊断照像系统，以代替传统的感光胶片。
所用的荧光粉主要为BaFX∶Eu3+（X=Cl，Br，I）和LaOBr∶Bi，Pr，Tb等。
（4）光致发光材料光致发光材料主要有3大类，即：灯用发光材料、长余辉发光材料和多光子发光材料。
其中灯用稀土发光材料（三基色荧光粉）的产量占据首位，是目前最重要的稀土发光材料之一，是继Y2O3∶Eu在彩电显象管应用之后，稀土发光材料中具有里程碑意义的应用。
近年来，随着新型稀土长余辉荧光粉的研究开发，其应用也得到了很好的发展，应用领域不断扩大。
（5）稀土发光材料的应用我国稀土节能灯的科研、生产和应用由小到大、从弱到强、从单一产品到多样化，现已初具规模，并在江苏、浙江和上海一带形成了产业发展的群体。
稀土节能荧光灯管产量已经由1985年的年产100万支发展到1999年1.5亿支；灯用稀土荧光粉的需求量由1.2吨增加到300吨。
2001年，我国灯用稀土三基色荧光粉的产量达800吨左右。
此外，用于CRT管彩电的荧光粉以及计算机彩色显示器的荧光粉、平板显示用等离子体发光荧光粉等等均与稀土密切相关，目前国内已形成批量生产的能力，彩电粉生产能力已达到800吨/年，产品质量达到国际先进水平，产品不仅供应国内市场，同时还出口到欧洲和东南亚市场。
3、
研究重点及项目研究重点：彩电用稀土绿色和蓝色荧光粉、多基色灯用稀土荧光粉、等离子显示用荧光粉、白光LED用荧光粉、稀土长时发光粉、高光效金卤灯用稀土卤化物发光材料等的研究与开发。
项目：建设灯用稀土三基色荧光粉生产线项目建设稀土长时发光粉及其应用产品生产线项目建设等离子显示用荧光粉示范生产线项目建设白光LED用荧光粉生产线项目建设高光效金卤灯用稀土卤化物发光材料生产线项目 4、国内主要科研单位和生产厂家主要科研单位北京有色金属研究总院中科院长春应用化学研究所中科院长春物理研究所上海跃龙有色金属有限公司北京大学复旦大学包头稀土研究院主要生产厂家：陕西咸阳彩虹集团荧光粉厂北京精细化学有限公司荧光粉厂上海跃龙新材料股份有限公司广州珠江冶炼厂有研稀土新材料股份有限公司杭州大明电光源材料有限公司浙江阳光集团股份有限公司大连路明科技集团有限公
司 5、国内从事该领域研究的专家苏锵院士中科院长春应化所（中山大学）（基础研究）刘行仁研究员中科院长春物理研究所（基础研究）洪广言研究员中科院长春应用化学研究所（基础研究）林建华教授北京大学（基础研究）庄卫东教授高工北京有色金属研究总院（PDP、白光LED等用荧光粉、长时发光粉等）何华强高工北京有色金属研究总院（高光效金卤灯用稀土卤化物发光材料等）肖志国教授高工大连路明科技集团有限公司果（长时发光
粉及其制品等）。
