稀土發(fā)光材料研究

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1、稀土發(fā)光材料研究前言：稀土是一個(gè)巨大的發(fā)光材料寶庫，在人類開發(fā)的各種發(fā)光材料中，稀土元素發(fā)揮著非常重要的作用。由于稀土元素原子的電子構(gòu)型中存在4f軌道，因此，稀土元素原子具有豐富的電子能級，為多種能級的躍遷創(chuàng)造了條件，從而獲得多種發(fā)光性能?！≡谙⊥凉δ懿牧系陌l(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和長壽命激發(fā)態(tài)，能級躍遷通道多達(dá)20余萬個(gè)，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射，構(gòu)

2、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24種稀土應(yīng)用領(lǐng)域的消費(fèi)分析結(jié)果來看，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)值和價(jià)格均位于前列。我國的稀土應(yīng)用研究中，發(fā)光材料占主要地位。稀土發(fā)光材料（RareEarthLuminescentMaterials）。稀土離子的發(fā)光特性，主要取決于稀土離子4f殼層電子的性質(zhì)。隨著稀土離子4f殼層電子數(shù)量的變化，表現(xiàn)出不同的躍遷形式和極其豐富的能級躍遷。研究表明，稀土離子的4fN電子組態(tài)中，有1639個(gè)能級，能級之間

3、的可躍遷數(shù)目高達(dá)199177個(gè)，可觀察到的譜線達(dá)30000多條，如果再涉及到4f—5d的能級躍遷，則數(shù)目更多。因而，稀土離子可以吸收或發(fā)射從紫外到紅外區(qū)的各種波長的光，形成多種多樣的發(fā)光材料。稀土發(fā)光材料因激發(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(xué)發(fā)光和生物發(fā)光等。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)。具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子，其光譜大約有30000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)的各種波長的電磁輻射。稀土離子豐富的能級和4

4、f電子的躍遷特性，使稀土成為巨大的發(fā)光寶庫，從中可發(fā)掘出更多新型的發(fā)光材料。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。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；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、輻射場的探測和記錄等領(lǐng)域，形成了很大的工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)市場規(guī)模，并正在向其他新興技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展。稀土發(fā)光

5、材料的質(zhì)量提高和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了新一代節(jié)能光源的科研、生產(chǎn)、應(yīng)用，并帶動(dòng)了許多相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，配套能力不斷增強(qiáng)。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(yīng)用，成為人類生活中不可缺少的重要組成部分。大致分類：1）光源方面：日光燈、高壓汞燈、黑光燈、固體光源；2）顯示方面：數(shù)字符號顯示發(fā)光二極管(LED)、平板圖像顯示（OLED）；3）顯像方面：黑白電視、彩色電視、飛點(diǎn)掃描、X射線成像；4）探測方面：閃爍晶體；5）激光方面：固體激光材料、玻璃激光材料、化學(xué)計(jì)量激光、液體激光、氣體激光。制造方法：1)氣相法：氣體冷凝法；真空蒸發(fā)法；濺射法；化學(xué)氣相沉積法(CVD)；

6、等離子體法；化學(xué)氣相輸運(yùn)法等。2)固相法：高溫固相合成法；自蔓延燃燒合成法(SHS)；室溫和低熱固相反應(yīng)法；低溫燃燒合成法；沖擊波化學(xué)合成法；機(jī)械合金化法等。3)液相法：沉淀法；均相沉淀法；共沉淀法；化合物沉淀法；熔鹽法；水熱氧化法；水熱沉淀法；水熱晶化法；水熱合成法；水熱脫水法；水熱陽極氧化法；膠溶法；相轉(zhuǎn)變法；氣溶膠法；噴霧熱解法；包裹沉淀法；溶膠-凝膠法；微乳液法；微波合成法等。應(yīng)用：我國擁有發(fā)展稀土應(yīng)用的得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢，在現(xiàn)已查明的世界稀土資源中，80%的稀土資源在我國，并且品種齊全。從1986年起，我國稀土產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一位，使我國從稀土資源大國變成稀土生產(chǎn)大國

7、。目前，無論是儲量、產(chǎn)量，還是出口量，我國在世界稀土市場上占有舉足輕重的地位。在我國稀土事業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)該清醒的看到，我國在稀土深加工方面，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。目前我國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，在我國開展稀土精細(xì)加工和稀土功能材料的研究，具有獨(dú)特的意義。這是我國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。