稀土發(fā)光材料*************稀土發(fā)光材料的基本介紹

稀土發(fā)光是由稀土4f電子在不同能級間躍出而產生的，因激發(fā)方式不同，發(fā)光可區(qū)分為光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、電致發(fā)光、放射性發(fā)光、X射線發(fā)光、摩擦發(fā)光、化學發(fā)光和生物發(fā)光等。

稀土發(fā)光具有吸收能力強，轉換效率高，可發(fā)射從紫外線到紅外光的光譜，特別在可見光區(qū)有很強的發(fā)射能力等優(yōu)點。稀土發(fā)光材料已廣泛應用在顯示顯像、新光源、X射線增光屏等各個方面。稀土發(fā)光材料的發(fā)光原理

物質發(fā)光現象大致分為兩類：一類是物質受熱，產生熱輻射而發(fā)光；另一類是物體受激發(fā)吸收能量而躍遷至激發(fā)態(tài)(非穩(wěn)定態(tài))在返回到基態(tài)的過程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物為基質和以稀土元素為激活劑的發(fā)光材料多屬于后一類，即稀土熒光粉。稀土元素原子具有豐富的電子能級，稀土化合物的發(fā)光是基于它們的4f電子在f-f組態(tài)之內或f-d組態(tài)之間的躍遷。1光致發(fā)光材料燈用發(fā)光材料自70年代末實用化以來，促使稀土節(jié)能熒光燈、金屬鹵化物燈向大功率、小型化、低光衰、高光效、高顯色、無污染、無頻閃、實用化、智能化等方面發(fā)展。這些發(fā)光燈主要被用于照明、復印機光源、光化學光源等由發(fā)射紅、綠、藍3種含稀土的熒光粉(即三基色熒光粉)按一定比例混合制成的節(jié)能燈。由于其光效高于白熾燈數倍，光色也好，被長期用于辦公室、百貨商店和工廠中的照明中。1光致發(fā)光材料①汞燈稀土熒光粉用于高壓汞燈中已有多年。此燈的原理是利用氬氣在汞蒸氣中的放電作用，它的光強度高于熒光燈。所有銪激活的鋇酸釔熒光粉起改善光色作用。高壓汞燈主要應用于街道和工廠照明。但是，近年來鈉放電燈和金屬鹵化物HQT燈已代替了高壓汞燈，它的市場已衰落。鈉放電燈和金屬鹵化物HCrr燈比汞燈的顏色再現性好，發(fā)射出的光色與天然光相似的白光。將鈰激活的鋇酸釔熒光粉混人，制成40OW的暖色汞燈，光通量為25500lm，色溫3350K，比普通汞燈的穩(wěn)定性好、效率高。1光致發(fā)光材料②碳弧燈稀土氟化物加人到棒芯中，使弧光強度提高到10倍，同時弧光顏色由淺黃色變?yōu)榻咏展馍?。這種碳弧燈用作探照燈以及彩色電影攝像和放映。1光致發(fā)光材料采用稀土鋁酸鹽為原料，通過三種窄譜帶稀土熒光材料的合成，可制成27007000K的各種熒光燈，比普通白熾燈節(jié)電80％，如一只16w的節(jié)能燈，亮度相當于8Ow的白熾燈。利用三基色稀土熒光材料生產的節(jié)能燈，其光效、光色、發(fā)光時間等指標均達到國際同類產品水平，而成本僅為國際同類產品的60％。三基色稀土熒光材料生產技術科技含量高、產品附加值高、投資少、見效快，且無三廢、無污染，具有較好的經濟效益和社會效益。2陰極射線發(fā)光材料

彩電顯像管和計算機和計算機顯示器使用的稀土發(fā)光材料屬陰極射線發(fā)光材料。目前彩管中紅粉普遍使用的是銪激活的硫氧化釔Y2O2S:Eu磷光體，粒度6-8μm，計算機顯示器要求發(fā)光材料提供高亮度、高對比度和清晰度，其紅粉也采用Y2O2S:Eu,但Eu含量要高一些，綠粉為TB3+激活的稀土硫氧化物Y2O2S:Tb，Dy及Gd2O2S:Tb，Dy高效綠色熒光體，粒度為4-6μm。大屏幕投影電影紅粉也為Y2O2S:Eu，綠粉為Tb激活的稀土發(fā)光材料如：釔鋁石榴石YAG:Tb和釔鋁稼石榴石YAGG:Tb，大屏幕投影電視因需要高電流密度激發(fā)，外屏溫度高，要求發(fā)光材料能量轉換效率盡可能高，溫度淬滅特性好，亮度與電流呈線性關系，電流飽和特性好，且性能穩(wěn)定。投影電視用熒光粉每年可消費數噸稀土氧化物。2陰極射線發(fā)光材料一般節(jié)能燈用三基色發(fā)光材料的紅粉量子效率為90％，而等離子顯示(PDP)的稀土發(fā)光材料的紅粉量子效率必須達到100％以上，才能達到實際應用。實踐證明，一些稀土硼酸鹽和氟化物具有高的發(fā)光效率和穩(wěn)定性，因此可以選擇以硼酸鹽和氟化物作為基質的稀土發(fā)光材料。3電致發(fā)光材料等離子顯示屏中大都采用稀土熒光粉。因此，在等離子顯示屏取代了今天的電視后，對稀土熒光粉的需求將大大增加，其用量將是同尺寸陰極射線管的1．5倍。目前陰極射線管中只有紅粉采用稀土熒光粉，而等離子顯示屏中三色均有使用稀土的可能。待等離子顯示屏普及后，屏幕尺寸也將增大。4增感屏

醫(yī)用x射線照相時，為將x射線圖像轉換為可視圖像，需使用增感屏。增感屏也有多種，其中高靈敏度增感屏使用Cd202S：Tb熒光粉。與其它熒光粉相比，Gd202S：Tb可通過x射線勵磁發(fā)出高效率的白光或綠光。估計這種熒光粉在日本的年產量為20t左右。

目前稀土發(fā)光材料，在照明、顯示、信息等方面已獲得廣泛的應用，成為人類生活中不可缺少的重要組成部分。日本稀土熒光材料的生產、消費和出口均居世界前列，年產各種稀土熒光粉530t，主要消費領域為三基色熒光燈(約占62％)、彩電和計算機用陰極射線管(CRT)(約占34％)、x射線增感屏(約占3．7％)。稀土離子發(fā)光材料的在生物醫(yī)學和能源領域的應用1閃爍體2太陽能電池方面的潛在應用2太陽能電池方面的潛在應用人們通過在太陽能電池表面附上含稀土的光轉換材料來拓寬太陽能電池對太陽光譜的響應范圍，從而提高硅太陽能電池的整體轉換效率。Yb3+的能級結構較簡單，對應的發(fā)射在1000nm附近。此激發(fā)態(tài)可發(fā)出一個約1000nm的光子，它正好被硅太陽能電池所吸收。如實現下轉換的組合Yb3+一Pr3+、Pr2+一Pr3+等，對組合Pr3+-Yb3+來說，Pr3+吸收一個光子而處于3P。(約處在20000cm)，當它把一部分能量交給鄰近的Yb抖時自己則處于中間態(tài)1G4(約處于10000cm)，而使Yb3+處于激發(fā)態(tài)；處于中間態(tài)的Pr抖回到基態(tài)的過程中將能量傳給另一個鄰近的Yb3+，同樣可使Yb3+處于激發(fā)態(tài)。此時位于激發(fā)態(tài)的Yb3+回到基態(tài)時，可放出2個約1000