稀土发光材料

1、1：2008年12月8日，周一，4-5节(10:35-12:00)，10-11节(16:10-17:35) 珠海校区D201课室：2 1. 对发光现象的基本认识对发光现象的基本认识 1.1 “发出光”的现象 1.2 什么是发光 1.3 发光的分类 1.4光的频率、能量、波长和颜色 2. 稀土稀土 2.1 什么是稀土 2.2 电子结构和特征氧化数3 2.3 稀土资源 2.4 我国的稀土资源 3.稀土发光材料稀土发光材料 3.1 基质和激活剂 3.2 合成方法 3.3 稀土发光的基本过程 3.4 激发光谱和发射光谱 4. 稀土发光材料一些的应用稀土发光材料一些的应用 4.1 在照明方面的应用4 4

2、.2 在信息显示方面的应用 4.3 在射线探测方面的应用 4.4 稀土上转换发光材料 3.5 激光和光纤放大器等 结语结语5 提到发光，人们总以为光的主要特征是明亮，只要看见亮光就认为是发光。 两个和人类生活密切相关的“发出光”现象的例子： （1）：从隧阳氏发明钻木取火，到后来发展出油灯、蜡烛等，有了火就有了光。汉字中的“光”字，就是由一个“人”观看一堆“火”的象形图画演化来的。6 （2）：1879年10月21日，爱迪生成功地发明了世界上第一只电灯泡(白炽灯)，开始了以加热代替燃烧产生光的技术。当时爱迪生使用碳丝作为光源的发光体，明亮现象由受热的碳丝产生，这种白炽灯寿命很短，只点燃了几十小时，

3、发光效率也很低，只有1.4流明每瓦(lm/W)。发展至今天，虽然改用钨丝代替了碳丝作为白炽灯光源的发光体，但制成的白炽灯的发光效率仍是很低的，约十几个流明每瓦。 7 解释发光效率：国家标准定名为“光视效能”。(1) 光源在单位时间内所发出的光量称为光源的光通量，单位是流明，符号为lm。(2) 为了表示发光效率，用每消耗1瓦功率可发出的光通量(流明数)表示。 以上两类明亮现象的产生，都是靠燃烧或者加热使物体温度升高发出光来。但这两种现象并不是“发光”。 8 物体上发出的光，可以分为两类： （1）平衡辐射：这时物体向外辐射的能量与物体的温度相适应。这种辐射的颜色及强度因物体性质及温度而变。例如，在

4、炉中加热烙铁，烧热后它的颜色就由黑变红。钢铁工人要了解己熔钢铁的温度所用的仪器，是从熔融钢铁的光色来判断的。这类平衡辐射是热辐射，而不是“发光”。9 （2）非平衡辐射：它既包括发光又包括其它，如反射等。 当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等后，只要该物质没有因此发生化学变化，总要回到原来的平衡状态，在这个过程中多余的能量以热或光的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光等电磁波形式发射出来，这种现象就是。 10：发光是一种非平衡辐射，它与其它类型非平衡辐射的主要区别是“发光”具有弛豫时间。这是“发光”的最重要的特点。其它非平衡辐射则没有这点弛豫时间。发光在这段驰豫时间内可

5、能发生各种过程，在驰豫时间也可能丧失发光本领，称为猝灭。11 根据被激发的方式不同，发光主要有： 光致发光 (photo-luminescence) 电致发光 (electro-luminescence) 阴极射线发光 (cathode-luminescence) X射线及高能粒子发光(包括X射线、射线、粒子和粒子等高能粒子激发下的发光)闪烁材料 化学发光及生物发光等12 光是一种电磁波。光的能量E、波长及频率之间符合下式所示的电磁波在真空中的一般关系： E = h =hc/ 光的波长和速度都反比于介质的折射率，随介质不同而改变。但频率不因所通过的介质不同而改变。显然，在真空中，当光的频率一定

6、时，波长也就确定了。所以，一般情况下所说的某个波长的光是什么颜色是针对真空而言的。13 光的颜色对应于其频率（能量），即一定频率的光有一定的颜色。光的颜色是人眼对具有不同频率的光的视觉生理反应的结果。不同光色的光可以反映在(Commission Internationale de lEclairage, International Commission on Illumination，CIE)上。1415 色度图中的每个点都对应一个一定的坐标，我们称这个坐标为这种光的。每个特定光色的光都对应一个确定的色坐标值；反过来，每个确定的色坐标都对应一个特定光色的光。 16 在元素周期表的IIIB族，从

7、上到下依次是ScYLn。 Ln称为镧系，包括下列15个元素：La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu17 可以把这17个元素总称为稀土元素(rare earth，RE)。稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的，“土”是按当时的习惯，称不溶于水的物质，故称稀土。 根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组：18 轻稀土（又称）包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。 重稀土（又称）包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。 称铈组或钇组，是因为矿物经分离得

8、到的稀土混合物中，常以铈或钇占优势而得名。 19 Sc：第4周期，原子序数2+8+8+321，价电子结构3d14s2。 Y：第5周期，原子序数21+1839，价电子结构4d15s2。 La：第6周期，原子序数39+1857，价电子结构5d16s2。20 特征氧化数：+3。 常见氧化态： +2如Eu2+(4f7)、Yb2+(4f14)、Sm2+(4f6)、Tm2+(4f13)等， +4如Ce4+(4f0)、Tb4+(4f7)、Pr4+(4f1)等 稳定氧化物CeO2、Pr6O11、Tb4O7、其它RE2O3。 稀土元素是典型的金属元素。它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，而比其他金属元素

9、活泼。21 现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积(离子吸附)型矿，前三种矿占西方稀土产量的95%以上。独居石和氟碳铈矿中，轻稀土含量较高。磷钇矿中，重稀土和钇含量较高，但矿源比独居石少。22 独居石(Monazite), 又名磷铈镧矿。主要化学成分：(Ce,La,Y,Th)PO4。 氟碳铈矿(Bastnaesite), 主要化学成分：(Ce，La)CO3F。 磷钇矿(Xenotime), 主要化学成分：YPO4。23 风化壳淋积型稀土矿(Ion absorption deposit), 即离子吸附型稀土矿，是我国特有的新型稀土矿物。所谓“离子吸附”系稀

10、土元素不以化合物的形式存在，而是呈离子状态吸附于粘土矿物中。这些稀土易为强电解质交换而转入溶液，不需要破碎、选矿等工艺过程，而是直接浸取即可获得混合稀土氧化物。离子吸附型稀土矿，主要分布在我国江西、广东、湖南、广西、福建等地。24 稀土元素在地壳中丰度并不稀少，只是分散而已。因此，虽然稀土的绝对量很大，但就目前为止能真正成为可开采的稀土矿并不多，而且在世界上分布极不均匀，主要集中在中国、美国、印度、前苏联、南非、澳大利亚、加拿大、埃及等几个国家，其中中国的占有率最高。 25 中国占世界稀土资源的41.36%，是一个名副其实的稀土资源大国。稀土资源极为丰富，分布也极其合理，这为中国稀土工业的发展

11、奠定了坚实的基础。 主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、四川冕宁稀土矿、江西风化壳淋积型稀土矿、湖南褐钇铌矿和漫长海岸线上的海滨砂矿等等。 26 白云鄂博稀土矿与铁共生，主要稀土矿物有氟碳铈矿和独居石，其比例为3:1，都达到了稀土回收品位，故称混合矿，稀土总储量为3500万吨，约占世界储量的38%，堪称为世界第一大稀土矿。 微山稀土矿和冕宁稀土矿是以氟碳铈矿为主，伴生有重晶石等，是组成相对简单的一类易选的稀土矿。 27 赣南和粤北一带的风化壳淋积型稀土矿是一种新型稀土矿种，它的选冶相对较简单，且含中重稀土较高，是一类很有市场竞争力的稀土矿。 中国的海滨砂也极为丰富，在整个南海的海岸线及

12、海南岛、台湾岛的海岸线可称为海滨砂存积的黄金海岸，有近代沉积砂矿和古砂矿，其中独居石和磷钇矿是处理海滨砂回收钛铁矿和锆英石时作为副产品加以回收。 总之中国的稀土资源储量大，矿种和稀土元素齐全，稀土品位高，矿点分布合理等。28 以BaMgAl10O17:Eu2+(简称BAM)为例，介绍“基质”和“激活剂”的概念。 在发光材料BaMgAl10O17:Eu2+中，我们把BaMgAl10O17叫做“基质”，Eu2+离子叫做“激活剂”。表示式BaMgAl10O17:Eu2+代表在基质BaMgAl10O17中掺杂有少量激活剂Eu2+离子。29 按照离子电荷和离子半径相似性考虑，一般认为Eu2+离子占据Ba

13、MgAl10O17中Ba2+离子的晶格位置。其它很多发光材料也类似的由基质和激活剂组成，如：在Y2O3:Eu3+中，Y2O3叫做基质，Eu3+离子叫做激活剂。基质是发光材料的主体化合物，大多数基质化合物本身并不发光或者发光很弱。掺杂在基质化合物中的激活剂是发光中心，一般含量很低(但也有例外，如NdP5O14等)。 30 合成荧光粉的最重要方法是高温固相反应。制备过程基本包括原料的制备和提纯、配料、高温反应、后处理等阶段。 制备发光材料的原料应有很高的纯度，以稀土离子为激活剂的稀土发光材料，稀土原料纯度通常要求在99.99 %以上。因为即使是极少量的杂质也可能明显影响材料的发光性能。 31 在配

14、料过程中，首先要精确称量出按照发光材料的化学式计算出的各种原料及添加的助熔剂、还原剂或疏松剂等，然后把这些原料混和研磨均匀。高温反应是在一定(如：还原，惰性等)气氛中、在一定温度下加热一定时间，使原料组分间发生化学反应形成基质多晶体(粉末)，并使掺杂离子进入基质晶格的过程。32 高温反应直接影响着材料的发光性能，制备不同材料的反应温度、时间、气氛不同，如制备BAM的反应一般要在12001500 下的还原气氛中加热至少1小时。通过高温反应制备的发光材料一般还需进行后处理，如研磨、过筛(筛选一定粒度范围的荧光粉)、洗粉(洗去荧光粉中的助熔剂、杂质、杂相等)、包裹(在发光材料表面上包敷保护膜)等工艺

15、。33 除高温固相反应法外，发光材料也可以用水热法、微波法、燃烧法及软化学法如溶胶凝胶法、共沉淀法等方法合成。 常用的无机固体发光材料除多晶粉末外，还有(单)晶体发光材料、玻璃和陶瓷等非晶态发光材料以及薄膜发光材料。 晶体发光材料通常要利用提拉法（Czochralski法）、坩埚下降法（Bridgman-Stockbarger法）等晶体生长方法制备，晶体材料是研究工作的理想对象，用它得到的实验结果容易用理论解释，晶体发光材料在如激光等器件中有广泛的应用。 34 非晶体是一类历史悠久的固体材料。非晶体与晶体有两个最基本的区别：晶体中的原子排列呈现长程有序，非晶体只是在很小的范围内表现为短程有序。

16、晶体是热力学上的稳定相，非晶体是热力学上的亚稳相。由于玻璃等非晶体发光材料有均匀透光、比单晶体容易制备等优点，在激光材料和上转换材料等方面已经获得应用。 35 发光薄膜有三种类型：单晶薄膜、发光粉混入介质形成的薄膜、非晶及多晶薄膜。制备薄膜的方法有金属有机化学汽相淀积（metal-organic chemical vapor deposition, 简称MOCVD）、分子束外延(molecular beam epitaxy, 简称MBE)、热蒸发、溅射等。在发光薄膜的应用方面，如果电致发光材料太厚，所需的电压就太高，薄膜发光材料显然有利于在电致发光材料方面应用；此外，粉末发光材料用于X射线存储

17、屏时，一般也都需要做成薄膜。 36 稀土发光主要是稀土离子的4f及5d轨道上电子跃迁的结果。主要有以下几种类型： 4f壳层内的电子跃迁（4f4f跃迁） 4f壳层与5d壳层间的电子跃迁（4f5d跃迁） 配位原子向稀土离子转移电子的电荷转移（charge transfer，CT）跃迁37 要了解材料的发光性能，必须进行光谱测量。光致发光性能最基本的测量是发射光谱和激发光谱。 发射光谱(emission spectrum)直接给出了在某一特定能量(频率、波长)或某一能量范围的光激发(照射)下，材料发出的光的强度随其能量的变化。 38 如下图为PDP器件使用的BAM在147和172 nm的真空紫外光激

18、发下的发射光谱。350400450500550600650ex = 172 nmRelative intensity (a.u.)Wavelength (nm)ex = 147 nm 39 这两条光谱曲线反映的是用147和172 nm的单色真空紫外光照射BAM时，BAM所发出的光的光谱。从图可见，在约400 nm前和约550 nm以后，几乎看不到BAM的发射。从约400 nm开始，BAM的发射强度随波长增大增强，在约450 nm处发射最强，其后，随波长增大发光又减弱。40 正是由于BAM有这样的发射光谱，才使得BAM在人眼看上去是蓝色的发光，所以BAM被用作三基色荧光灯和PDP的蓝光发射材料。

19、BAM的这个发射带是发光中心Eu2+离子电子跃迁的结果，Eu2+离子的电子构型为4f7，其最低激发态4f65d1和基态4f7间的电子跃迁(简称为4f5d跃迁)导致了中心波长在大约450 nm的这个发射带。41 在上图中，我们在147和172 nm激发下看到了BAM发蓝色的光。那么，其它波长的激发光是否也可以激发BAM发光？其它激发波长激发下材料的发光强度是不是有变化？什么样的激发波长对我们在上图中看到的约450 nm这个特定发射是最有效的？要回答这些问题，就必须进行光致发光的另一种最基本的测量：激发光谱。 42 激发光谱(excitation spectrum)反映了当材料发射某一特定能量或特

20、定能量范围的光时，材料所吸收的光的强度随能量的变化。如下图为监测BAM在454 nm的发射时，测定的激发光谱。43100150200250300350CBAem = 454 nmRelative intensity (a.u.)Wavelength (nm)44 从图可见，BAM在A、B、C三个能量范围有较强的吸收。表明BAM可以被这些能量的光子有效激发。B、C两个激发带相应于Eu2+离子的电子从基态4f7跃迁到不同激发态4f65d1时(4f 5d跃迁)吸收的能量。45 在稀土发光材料中，除f d跃迁外，常见的还有4f能级内的4f 4f跃迁和配体原子向稀土离子转移电荷的电荷转移（charge

21、transfer，简称CT）跃迁等。下图给出的(Y,Gd)BO3:Eu3+激发光谱和发射光谱就包含4f 4f跃迁和CT跃迁。 46100150200250300350400450500550600650700750Relative intensity (arb. units)Wavelength (nm)47 在上图的激发光谱中，中心波长215 nm的吸收带源于配体O2-向发光中心Eu3+转移电子的CT跃迁，我们称这个吸收带为在(Y,Gd)BO3:Eu3+中的Eu3+-O2-电荷转移带（charge transfer band，简称CTB）。 位于274 nm附近的线状吸收则属于Gd3+离子4

22、f能级内的f f跃迁。在发射光谱上，位于591 nm，610 nm和626 nm的这一组发射线是Eu3+离子的f f跃迁发射。 48 随着能源危机的出现，节能已成为需要迫切解决的问题。 1971年，有人提出了利用发射窄带的波长峰值分别为450，550和610 nm的、和三种基色混合，可以制得高光效、高显色性的荧光灯。49 由于稀土中的二价铕(Eu2+)、三价铽(Tb3+)和三价铕(Eu3+)发射的蓝、绿和红光正好符合上述的要求，在1974年就研制成节能的稀土三基色灯。目前，利用掺二价铕(Eu2+)的多铝酸盐(如BaMgAl10O17:Eu2+)发射的蓝光，掺三价铽Tb3+的多铝酸盐(如CeMg

23、Al11O19:Tb3+)发射的绿光和掺三价铕的氧化钇(Y2O3:Eu3+)发射的红光制成的稀土三基色灯，发光效率可提高至80流明每瓦，显色指数解释也高于普通的卤磷酸盐荧光灯，可大于80。一支11瓦的稀土三基色荧光灯的发光效率相当于一支60瓦的白炽灯，节能效果是很明显的。50 我国的照明用电约1146亿千瓦时(kWh)，占全国发电量10070亿千瓦时(kWh)的11.38 %，如用节能灯取代全国15亿只40瓦的白炽灯，以节能4/5计算，就可节能384亿千瓦时，相当于可少建5个以上装机容量100万千瓦的核发电站或火力发电站，因而可节约标准煤1536万吨，减少3170万吨二氧化碳和43万吨二氧化硫

24、的排放，大大减少对环境的污染。目前，稀土节能灯已在我国的商场、宾馆和家庭广泛使用。 51 解释显色指数是把日光作为标准的参照光源，认为在日光下物体的颜色是真实的颜色，显色指数为100，用它去衡量物体在其他光源照射下颜色失真的程度。例如，白炽灯的显色指数为95100，表示物体在白炽灯照射下的失真程度很小，显示的颜色跟在日光下所看到的接近。 52 利用稀土还可以制成显色指数很高的荧光灯，用于需要高显色性照明的地方(如在纺织和画展等场合)，使人物在灯光照耀下所呈现的颜色类似于在日光下的颜色。为此目的，可在卤磷酸钙Ca5(PO4)3(Cl,F):Sb3+,Mn2+的荧光粉中加入掺Tb3+和Mn2+的五

25、硼酸盐(Ce,Gd)MgB5O10: Tb3+,Mn2+作为发绿光的荧光粉，用掺Mn2+的五硼酸盐(Ce,Gd)MgB5O10:Mn2+作为发红光的荧光粉，用掺Eu2+的铝酸盐Sr4Al14O25:Eu2+作为发蓝光的荧光粉。利用这种混合的荧光粉制得的高显色性的荧光灯，其发光效率虽只有65流明每瓦，但显色指数可高达95。 53 当夜幕降临的时候，漫步在马路上的人们可曾注意到，在马路两旁的电灯杆上悬挂着的高压汞灯把马路照得通明，人们正沐浴在稀土发射的光芒之下。高压汞灯灯泡内涂有一层白色的荧光粉，这就是掺铕的钒酸钇(YVO4:Eu3+)。利用它发射的红色荧光，可调整高压汞灯发射的光色，改善显色性，

26、减少人物被照射时呈现青紫色而失真的现象。54 人在一生中很长的时间是生活在黑暗的夜晚，多么希望在黑暗中能看到发光的物体，不再是漆黑一团。居里夫人发现了镭以后，曾利用镭涂于钟表上作为夜光钟表。但镭有很强的放射性，曾使涂表的工人得了放射病，因而后来停止使用了。在稀土中也可使用钷147Pm作为夜光材料，但也由于它是人工放射性元素，因而也末被广泛使用。 55 近年，发现了有些没有放射性的稀土可制成夜光粉(例如同时掺有三价镝(Dy)和二价铕(Eu)的铝酸锶SrAl2O4:Eu2+,Dy3+)，它可以把被光照射后所吸收的能量储存起来，再慢慢地把存储的能量以发光的形式释放出来(这称为长余辉发光材料)，在晚上

27、仍可继续发出可见的光。制成涂料以后，可用于夜光钟表、仪表、应急照明等地方。这些材料没有放射性，可以安全使用。它也是一种节能的光源，它可把灯光或日光发射的能量存储起来，再慢慢释放出来，在黑暗中可观察到它发光。 56 发光二极管(Light Emitting Diode; LED)是半导体材料制成的固态光源，可将电能转换为光。的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。一般人都认为，节能灯可节能45是伟大的创举，但比节能灯还要节能，这是固体光源更伟大的改革。除此之外，还具有其他优势，光线质量高，基本上无辐射，属于典型的绿色照明光源；可靠耐用，维护费用极为低廉等等。57 正因为具有以上其他固体光

28、源还无法匹敌的特点，被越来越广泛地用于笔记本电脑和手持式产品照明、汽车照明、交通指示、室内和室外移动照明等各种场合，甚至有取代传统的白炽灯类产品的趋势。 年后将可能是照明行业的主流光源。5859 目前，发射白光的LED产品，基本上是由蓝光LED芯片和可被蓝光激发的黄光荧光粉组成的。一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光。发射的黄光和剩余的蓝光混合，调控它们的强度比即可得到各种色温的白光。 最 常 用 的 黄 光 荧 光 粉 是 YA G : C e（Y3Al5O12:Ce3+ ）。60 现在，彩色电视已称为居家生活必不可少的家用电器。在彩色电视的荧光屏上观察到的五彩缤纷的颜色是由红、绿、蓝

29、三种基色组成的。20世纪60年代中期，发现掺Eu3+的硫氧化钇(Y2O2S:Eu3+)在阴极射线激发下发射出谱线窄、亮度高而鲜艳的红色荧光，很适合用作彩色电视中的红色荧光粉，目前已大量生产使用。61 随着大屏幕彩色投影电视的出现，不仅是发射红光的荧光粉需要使用稀土(如掺Eu3+的氧化钇Y2O3:Eu3+)，发射绿光的荧光粉也需要使用稀土，如掺Tb3+的钇铝石榴石或钇铝镓石榴石Y3Al5O12:Tb3+或Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+，掺Tb3+的正硅酸钇(Y2SiO5:Tb3 +)或掺Tb3 +的硼酸铟(InBO3:Tb3+)等。 62 在商品化的PDP 器件中，红色发射多通过稀土荧光粉

30、掺三价 铕 的 硼 酸 钇 钆(Y,Gd)BO3:Eu3+实现，绿色荧光粉多为掺二价锰的硅酸锌Zn2SiO4:Mn2+（ZSM），蓝色荧光粉多为掺二价铕的多铝酸镁钡BaMgAl10O17:Eu2+ （BAM）等。 6364 稀土离子还可以被X射线等高能射线和粒子激发而发光。如利用Eu2+等稀土离子被X射线激发后产生的蓝光(如掺二价铕的氟氯化钡BaFCl:Eu2+)，跟使用对蓝光敏感的X射线照相胶片相配合；或利用三价铽Tb3+被X射线激发后 产 生 的 绿 光 ( 如 掺 三 价 铽 的 硫 氧 化 钆Gd2O2S:Tb3+)，跟使用对绿光敏感的X射线照相胶片相配合，可制成X射线增感屏。现已广泛

31、用于医院的X射线透视中。 65 近年，又利用掺二价 铕 的 氟 氯 化 钡BaFCl:Eu2+等材料制成图像板，把X射线照射后所得的图像存储起来，当用氦氖激光器发出的红光(632.8纳米)照射时，又可把存储的图像显示出来(这称为光激励发光材料)，不需使用胶片。现已制成计算机控制的层析X射线成像仪(CT)，并在医院中使用。 66 为 了 探 测 X 射 线 ， 也 可 使 用Gd2O2S:Ce3+,Pr3+,F-等作为固体探测器。利用这些X射线激发发光的材料，可减少X射线的使用剂量及其对人体的损害，并可获得清晰的图像，从而可提高对疾病的探测和诊断能力。而且，利用这种技术，不需利用显影和定影等化学

32、试剂处理胶片，获得的图像可用计算机进行存储、调阅和发送，从而可在国际互联网上发送图像、调阅病历和进行远程会诊。 67 闪烁材料在高能射线/粒子辐照下，把高能量的X 射线、射线、中子、正电子、放射性粒子等电离辐射转化为闪烁脉冲（可见或紫外）光发射。闪烁材料在以下领域均有广泛应用，是这些领域关键的核心材料： （1）XCT（X-ray computed tomography，X射线计算机断层扫描成像）、PET（positron emission tomography，正电子发射断层扫描成像）、68 相机、SPECT（single photon emission computed tomography

33、，单光子发射计算机断层扫描成像）等医疗诊断设备； （2）核放射、高能物理、天体物理研究； （3）机场、码头和海关的安全检测及 （4）工业生产的无损检测和环境检测等。69 核医学是核技术与医学相结合的产物，它利用核技术或加速器来诊断和治疗疾病，或进行生物医学研究。XCT、PET 和SPECT 等医学检测方法，作为当今核医学最尖端技术的代表，进入21 世纪后更是迅猛发展。美国把PET 列为当代高科技世界九大明星的榜首。美国著名核医学家Wagner 教授称PET 是“继高能物理及基因工程之后20 世纪第三个最伟大的成就”。PET 现已成为诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病这三大威胁人类生命的疾病的

34、最优手段。由无机闪烁晶体组成的探头是PET 系统中重要的组成部分。70 闪烁材料从一出现就是和核放射性、高能物理相联系的。闪烁体NaI:Tl+在20 世纪70 年代就被用于美国大加速器SLAC 中探测粲夸克（Charm Quark）的精确光谱。欧洲核子研究中心CERN 的大型强子对撞机LHC 上的紧凑型子螺旋型探测器，其内层核心电磁量能器ECLA就是由8,2000 多根约25 cm2.5 cm2.5 cm的PbWO4闪烁体组成。71 在安全稽查和反恐方面，利用防恐闪烁材料进行探测，可以在机场、码头、火车站对行李、邮件、货物等不开箱便可实施检查，实现爆炸、失火等安全隐患的探测。在工业无损伤检测方

35、面，闪烁体也有着潜在而巨大的应用前景和市场空间。目前工业CT 最为集中的应用领域是国防工业，如对火箭、枪炮和弹药的无损检测等；还被应用于飞机螺旋桨、发动机、汽轮机叶片、汽缸等的无损检测。在能源领域，利用了闪烁材料的核72 测井技术可以迅速准确地进行勘探并反映各个不同生产油井的情况。另外，闪烁体在核天文学、核空间物理学、核考古学、核地质学以及核测量学等领域中也存在着巨大的应用潜力。这些领域将会逐步受到人们的重视。而且，随着核技术向各行业的渗透以及其它技术的迅速发展，必将给闪烁体的研究和开发带来更多的机遇和更大的市场。73 近年来应用的无机闪烁材料，根据能量转换的电子跃迁类型分类，主要有以下几种类

36、型：（1）基于s2sp 跃迁的闪烁材料，典型的s2sp 跃迁的闪烁材料如掺铊的碘化纳NaI:Tl+或碘化铯晶体CsI:Tl+和锗酸铋晶体Bi4Ge3O12（BGO）等。（2）钨酸盐闪烁材料，系由具有d0 结构的过渡金属离子所形成的复杂离子发光导致的闪烁材料，如钨酸镉晶体CdWO4 等。（3）交叉发光（cross luminescence）或芯带价带发光（corevalence luminescence）闪烁材料，如氟化钡晶体BaF2 等。（4）稀土闪烁材料，如掺铈的硅酸镥晶体Lu2SiO5:Ce3+（LSO）等。74 稀土闪烁材料主要基于稀土离子的4f5d 跃迁发射，其中Ce3+闪烁材料尤为重

37、要。由于稀土闪烁材料具有快衰减、高发光效率、高辐照硬度等优点，同时由于应用上的迫切要求，近年来已经成为闪烁材料研究领域令人注目的焦点。在探索和研究新的闪烁体方面，欧洲核子研究中心的Crystal Clear Collaboration（CCC）小组、美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）的Derenzo 小组以及荷兰Delft 工业大学的van Eijik 小组等都做了大量出色的工作，令人瞩目。75 上面介绍的都是稀土离子吸收了能量高的紫外光，阴极射线或X射线以后，再发射出能量低的光。除此以外，稀土还具有吸收了几个能量低的红