稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理與應(yīng)用

朱牧笛

（湖南省長沙市明德中學(xué) 湖南長沙 410004）

稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理與應(yīng)用

朱牧笛

（湖南省長沙市明德中學(xué) 湖南長沙 410004）

稀土發(fā)光材料的應(yīng)用開拓了巨大的工業(yè)生產(chǎn)和消費市場并不斷向新興領(lǐng)域拓展。由此可見，稀土發(fā)光材料對人們現(xiàn)在及以后生活的影響很大。因此研究稀土發(fā)光材料有著很重要的意義。本文主要就稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理與應(yīng)用進(jìn)行分析。

稀土發(fā)光材料；發(fā)光機(jī)理；應(yīng)用

引言

稀土是我國的重要戰(zhàn)略資源，稀土發(fā)光材料在一些方面已得到普遍應(yīng)用并在新能源的研發(fā)以及生物技術(shù)領(lǐng)域有著很重要的應(yīng)用價值。因為稀土發(fā)光材料本身具有其他普通發(fā)光材料所不具備的一些優(yōu)勢，所以，稀土發(fā)光材料在某些情況下是不可被替代的。這就體現(xiàn)了稀土發(fā)光材料的獨一無二的特點。

1 稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理及特性

1.1 稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理

稀土元素即為鑭系元素以及Sc和Y，這些元素有相同且不同于其他元素的電子結(jié)構(gòu)。而稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理便與稀土元素原子本身所特有的這種電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。稀土元素的原子中的4f電子可以在不同的能級之間躍遷。當(dāng)電子從能級高的軌道躍遷到低能級的軌道的過程中會發(fā)出各種波長的光，因而會發(fā)出熒光。

1.2 稀土發(fā)光材料的發(fā)光特性

（1）稀土發(fā)光材料有一個比較窄的發(fā)光譜帶；

（2）吸收光的能力很強(qiáng)，可以以較快的速度將盡可能多的光轉(zhuǎn)換為熒光；

（3）發(fā)射的波長的分布區(qū)域很寬；

（4）熒光壽命較其他的普通熒光來說比較長；

（5）材料的各種性能比較穩(wěn)定，對各種大功率的電子束、能量高的射線和強(qiáng)大的紫外光有一定的承受能力。

當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)不斷更新和進(jìn)步，人們也開始越來越深入地對稀土發(fā)光材料進(jìn)行研究。隨著研究的不斷深入人們會發(fā)現(xiàn)更好的發(fā)光材料以及新的發(fā)光特性。

2 幾種稀土發(fā)光材料的合成方法

2.1 燃燒法

燃燒法是將相應(yīng)的金屬硝酸鹽作為反應(yīng)的氧化劑，并把尿素和一部分碳酰肼與氧化劑混合一同放在一定的溫度下使之燃燒發(fā)生反應(yīng)。除此之外，燃燒時還將產(chǎn)生大量的氣體，該氣體能夠有效防止氧化物的團(tuán)聚，故燃燒法是實驗室里常用的制備粒度較小納米粉末的方法利用此方法制得的產(chǎn)物相較于其他方法而言純度要高，并且粒度大小很均勻，質(zhì)量也比較高。但不足的是制得的材料發(fā)光效果不是很理想。

2.2 水熱合成法

水熱合成法需要在高溫高壓的環(huán)境下借助水蒸氣來進(jìn)行，其產(chǎn)物為超細(xì)微粉。此方法制得的產(chǎn)物比較完整，質(zhì)量好且均勻。但是對反應(yīng)的環(huán)境和條件要求比較嚴(yán)格，產(chǎn)量較低，所以此方法還不是很普遍。

2.3 沉淀法

沉淀法是通過用沉淀劑使混合的金屬鹽溶液分級沉淀，然后再通過過濾、洗滌、干燥等步驟分離得到發(fā)光粉。雖然這種方法制得的原料的純度和質(zhì)量比水熱合成法制得的都略差一些，但其方法步驟比較簡便，易于控制。所以沉淀法的應(yīng)用比較廣泛，適合用于工業(yè)化生產(chǎn)。除了詳細(xì)介紹的以上三種方法，比較經(jīng)典的稀土發(fā)光材料合成方法還有溶膠-凝膠法，微波輻射法等。這些方法也都有各自的優(yōu)缺點。所以我們一般都會根據(jù)自己的需要而選擇不同的方法來合成稀土發(fā)光材料。

2.4 溶膠-凝膠法

溶膠－凝膠法也是實驗室中常用的制備納米材料的方法之一。該方法主要是利用金屬醇鹽的水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)以獲得均勻的溶膠，然后將溶膠濃縮成透明的凝膠，凝膠經(jīng)過干燥和煅燒過程便可獲得所需的納米材料。影響納米產(chǎn)物的主要參量有：溶液的濃度和pH值、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等。

3 稀土發(fā)光材料的應(yīng)用

因為稀土發(fā)光材料的特殊性使它在人們的生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。但是應(yīng)用比較廣泛和常見的還是在光源照明和顯示顯像方面。稀土發(fā)光材料作為光源（如白熾燈、固體光源、LED等）被應(yīng)用與生活的各個角落，燈是我們生活中不可或缺的一部分。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，許多商家開始通過LED等先進(jìn)技術(shù)來做廣告。在顯示現(xiàn)象方面，稀土發(fā)光材料廣泛地被應(yīng)用于發(fā)光二極管、平板圖像顯示、電視機(jī)、液晶技術(shù)等等。此外稀土發(fā)光材料在光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、新型顯示材料等方面的應(yīng)用也十分廣泛。另外稀土發(fā)光材料科學(xué)涉及物理、化學(xué)、生物、材料等各個領(lǐng)域。利用稀土發(fā)光材料可以將這些領(lǐng)域聯(lián)系起來并結(jié)合共同帶動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 稀土發(fā)光材料的應(yīng)用展望

由以上各方面的分析可以看出稀土發(fā)光材料有著巨大的潛能。我們國家對稀土發(fā)光材料的研究也在進(jìn)一步的深入并且已經(jīng)取得了許多自主研發(fā)的科技成果。但總的來說，我們的技術(shù)還是有些不足，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。所以針對國家取得的成就和仍然存在的缺憾，筆者對稀土材料做了幾個方面的展望：①面對國際間日益激烈的競爭，我們首先應(yīng)該擺正自己的心態(tài)，抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)。深入地研究稀土發(fā)光材料并提高其分辨率。②勇于探索，將稀土材料的研究縮小到納米化并建立起較為完整的理論體系。③開發(fā)和探索稀土發(fā)光材料制備的新方法。④優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低成本，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高資源利用率。

[1]吳伯岳，嚴(yán)秀平.稀土發(fā)光材料在熒光成像中的應(yīng)用[J].生物物理學(xué)報.2011（04）.

[2]蘇鏘，梁宏斌，王靜，李成宇.稀土發(fā)光材料的進(jìn)展與新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)[J].稀土信息，2010（09）.

[3]黃以萬，肖兵.稀土發(fā)光材料的研究與應(yīng)用展望[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2008（06）.

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1004-7344（2016）36-0299-01

2016-12-8