稀土发光材料课件

稀土发光材料*************稀土发光材料的基本介绍

稀土发光是由稀土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、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。

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。稀土发光材料的发光原理

物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光；另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中，以光的形式放出能量。以稀土化合物为基质和以稀土元素为激活剂的发光材料多属于后一类，即稀土荧光粉。稀土元素原子具有丰富的电子能级，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。1光致发光材料灯用发光材料自70年代末实用化以来，促使稀土节能荧光灯、金属卤化物灯向大功率、小型化、低光衰、高光效、高显色、无污染、无频闪、实用化、智能化等方面发展。这些发光灯主要被用于照明、复印机光源、光化学光源等由发射红、绿、蓝3种含稀土的荧光粉(即三基色荧光粉)按一定比例混合制成的节能灯。由于其光效高于白炽灯数倍，光色也好，被长期用于办公室、百货商店和工厂中的照明中。1光致发光材料①汞灯稀土荧光粉用于高压汞灯中已有多年。此灯的原理是利用氩气在汞蒸气中的放电作用，它的光强度高于荧光灯。所有铕激活的钡酸钇荧光粉起改善光色作用。高压汞灯主要应用于街道和工厂照明。但是，近年来钠放电灯和金属卤化物HQT灯已代替了高压汞灯，它的市场已衰落。钠放电灯和金属卤化物HCrr灯比汞灯的颜色再现性好，发射出的光色与天然光相似的白光。将铈激活的钡酸钇荧光粉混人，制成40OW的暖色汞灯，光通量为25500lm，色温3350K，比普通汞灯的稳定性好、效率高。1光致发光材料②碳弧灯稀土氟化物加人到棒芯中，使弧光强度提高到10倍，同时弧光颜色由浅黄色变为接近日光色。这种碳弧灯用作探照灯以及彩色电影摄像和放映。1光致发光材料采用稀土铝酸盐为原料，通过三种窄谱带稀土荧光材料的合成，可制成27007000K的各种荧光灯，比普通白炽灯节电80％，如一只16w的节能灯，亮度相当于8Ow的白炽灯。利用三基色稀土荧光材料生产的节能灯，其光效、光色、发光时间等指标均达到国际同类产品水平，而成本仅为国际同类产品的60％。三基色稀土荧光材料生产技术科技含量高、产品附加值高、投资少、见效快，且无三废、无污染，具有较好的经济效益和社会效益。2阴极射线发光材料

彩电显像管和计算机和计算机显示器使用的稀土发光材料属阴极射线发光材料。目前彩管中红粉普遍使用的是铕激活的硫氧化钇Y2O2S:Eu磷光体，粒度6-8μm，计算机显示器要求发光材料提供高亮度、高对比度和清晰度，其红粉也采用Y2O2S:Eu,但Eu含量要高一些，绿粉为TB3+激活的稀土硫氧化物Y2O2S:Tb，Dy及Gd2O2S:Tb，Dy高效绿色荧光体，粒度为4-6μm。大屏幕投影电影红粉也为Y2O2S:Eu，绿粉为Tb激活的稀土发光材料如：钇铝石榴石YAG:Tb和钇铝稼石榴石YAGG:Tb，大屏幕投影电视因需要高电流密度激发，外屏温度高，要求发光材料能量转换效率尽可能高，温度淬灭特性好，亮度与电流呈线性关系，电流饱和特性好，且性能稳定。投影电视用荧光粉每年可消费数吨稀土氧化物。2阴极射线发光材料一般节能灯用三基色发光材料的红粉量子效率为90％，而等离子显示(PDP)的稀土发光材料的红粉量子效率必须达到100％以上，才能达到实际应用。实践证明，一些稀土硼酸盐和氟化物具有高的发光效率和稳定性，因此可以选择以硼酸盐和氟化物作为基质的稀土发光材料。3电致发光材料等离子显示屏中大都采用稀土荧光粉。因此，在等离子显示屏取代了今天的电视后，对稀土荧光粉的需求将大大增加，其用量将是同尺寸阴极射线管的1．5倍。目前阴极射线管中只有红粉采用稀土荧光粉，而等离子显示屏中三色均有使用稀土的可能。待等离子显示屏普及后，屏幕尺寸也将增大。4增感屏

医用x射线照相时，为将x射线图像转换为可视图像，需使用增感屏。增感屏也有多种，其中高灵敏度增感屏使用Cd202S：Tb荧光粉。与其它荧光粉相比，Gd202S：Tb可通过x射线励磁发出高效率的白光或绿光。估计这种荧光粉在日本的年产量为20t左右。

目前稀土发光材料，在照明、显示、信息等方面已获得广泛的应用，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。日本稀土荧光材料的生产、消费和出口均居世界前列，年产各种稀土荧光粉530t，主要消费领域为三基色荧光灯(约占62％)、彩电和计算机用阴极射线管(CRT)(约占34％)、x射线增感屏(约占3．7％)。稀土离子发光材料的在生物医学和能源领域的应用1闪烁体2太阳能电池方面的潜在应用2太阳能电池方面的潜在应用人们通过在太阳能电池表面附上含稀土的光转换材料来拓宽太阳能电池对太阳光谱的响应范围，从而提高硅太阳能电池的整体转换效率。Yb3+的能级结构较简单，对应的发射在1000nm附近。此激发态可发出一个约1000nm的光子，它正好被硅太阳能电池所吸收。如实现下转换的组合Yb3+一Pr3+、Pr2+一Pr3+等，对组合Pr3+-Yb3+来说，Pr3+吸收一个光子而处于3P。(约处在20000cm)，当它把一部分能量交给邻近的Yb抖时自己则处于中间态1G4(约处于10000cm)，而使Yb3+处于激发态；处于中间态的Pr抖回到基态的过程中将能量传给另一个邻近的Yb3+，同样可使Yb3+处于激发态。此时位于激发态的Yb3+回到基态时，可放出2个约1000