稀土发光材料

用于医学放射图像领域的材料

稀土发光材料（Rare Earth Luminescent Materials）是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的，因激发方式不同，发光可区分为光致发光(photoluminescence）、阴极射线发光(cathodluminescence）、电致发光(electroluminescence）、放射性发光(radiation luminescence）、X射线发光(X-ray luminescence）、摩擦发光（triboluminescence）、化学发光（chemiluminescence）和生物发光（bioluminescence）等。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。

简介

在稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。就世界和美国24种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。中国的稀土应用研究中，发光材料占主要地位。

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。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30 000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。

稀土发光材料的应用会给光源带来环保节能、色彩显色性能好及长寿命的作用，有利于推动照明显示领域产品的更新换代。我国稀土发光材料行业紧跟国际稀土发光材料研发和应用的发展潮流，与下游产业之间建立了良好的市场互动机制，成为节能照明和电子信息产业发展过程中不可或缺的基础材料。除上述领域外，稀土发光材料还被广泛应用于促进植物生长、紫外消毒、医疗保健、夜光显示和模拟自然光的全光谱光源等特种光源和器材的生产，应用领域不断得到拓展。

制造方法

⑴气相法

气体冷凝法；真空蒸发法；溅射法；化学气相沉积法（CVD）；等离子体法；化学气相输运法等。

⑵固相法

高温固相合成法；自蔓延燃烧合成法（SHS）；室温和低热固相反应法；低温燃烧合成法；冲击波化学合成法；机械合金化法等。

⑶液相法

沉淀法；均相沉淀法；共沉淀法；化合物沉淀法；熔盐法；水热氧化法；水热沉淀法；水热晶化法；水热合成法；水热脱水法；水热阳极氧化法；胶溶法；相转变法；气溶胶法；喷雾热解法；包裹沉淀法；溶胶-凝胶法；微乳液法；微波合成法等。

主要应用

⑴光源：日光灯 Ca5(PO4）3(Cl,F):[Sb3+,Mn2+]; BaMg2Al16O27:Eu2+; MgAl11O16:[Ce3+,Tb3+]; Y2O3:Eu3+

高压汞灯 Y(PV)O4:Eu; YVO4:Eu,Tb

黑光灯YPO4:Ce,Th; MgSrBF3:Eu

固体光源 GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce

⑵显示：数字符号显示发光二极管（LED）

平板图像显示 OLED

⑶显像：黑白电视 Gd2O2S:Tb

彩色电视 Y2O3:Eu; Y2O2S:Eu

飞点扫描 Y2SiO5:Ce

X射线成像 (Zn,Cd)S:Ag; CaWO4; BaFCl:Eu2+; La2O2S:Tb3+; Gd2O2S:Tb3+

⑷探测：闪烁晶体 CsI,TlCl

⑸激光：固体激光材料 YAG:Nd3+; YAP:Nd3+; YLF:Nd3+

玻璃激光材料掺Nd3+硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐玻璃。

化学计量激光 PrCl3; NdP5O14; NdLiP4O12; NdKP4O12; NdK3(PO4）2; NdAl3(BO3）4; NdK5（MoO4）4。

液体激光 Eu3+激活的苯酰丙酮（BA）、二苯酰甲烷（DBM）、三氟乙酰丙酮（TFA）和苯三氟丙酮（BTFA）等。

气体激光 Sm(I),Eu(I),Eu（Ⅱ），Tm(I),Yb(I),Yb（Ⅱ），Yb等金属蒸气。

优点

稀土发光材料具有很多优点：发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模，并正在向其他新兴技术领域扩展。

稀土应用

中国拥有发展稀土应用的得天独厚的资源优势，在已查明的世界稀土资源中，80%的稀土资源在中国，并且品种齐全。从1986年起，中国稀土产量已经跃居世界第一位，使中国从稀土资源大国变成稀土生产大国。无论是储量、产量，还是出口量，中国在世界稀土市场上占有举足轻重的地位。在中国稀土事业迅速发展的同时，应该清醒的看到，中国在稀土深加工方面，在稀土功能材料的开发和应用技术方面并不站在世界前列，与世界先进水平还有相当大的差距，需要我们奋起迎头赶上。中国稀土资源利用的特点是，一方面出口原料和粗产品；另一方面却在进口产品和精制品。因此，在中国开展稀土精细加工和稀土功能材料的研究，具有独特的意义。这是中国21世纪化学化工的重大课题，而稀土发光材料的研究将是它的一个主攻方向。

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