稀土发光材料的应用前景

浅述稀土发光材料

日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、无机发光材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。

1. 稀土发光材料简介

1.1 稀土发光材料的电子组态特征

稀土离子的发光特性来源于其电子构型的特殊性。发射与激发主要源于4f能级间或5d-4f能级间的电子跃迁。研究稀土发光材料，实际是研究4f轨道上与f电子的物理性质相关的材料。

稀土原子和离子的电子组态具有下列特征：

(1) 中性La系原子中，没有4f电子的La (4f0), 4f电子半充满的Gd (4f7)和4f电子全充满的Lu (4f14)都有一个5d电子，即m＝1；此外，Ce原子也有一个5d电子，其他La系原子的 m 都为零。

(2) 对于一个具体的稀土元素，相对于6s和5d电子，4f 电子的能量要低一些，因此6s和5d最容易电离，如果没有5

第24卷第1期稀　　土Vol.24,No.1

2003年2月ChineseRareEarthsFebruary2003

稀土发光材料的合成方法

1,2

3*

4

4

X

孙彦彬,邱关明,陈永杰,耿秀娟,代少俊

5

(1.东北大学,辽宁　沈阳　110006;2.吉林大学,吉林　长春　130026;

3.长春光机学院,吉林　长春　130022;4.沈阳化工学院,辽宁　沈阳　110021;5.盐城工学院,江苏　盐城　224003)

　　摘　要:综述了目前国内外稀土发光材料的几种合成方法,包括传统的高温固相反应法、几种软化学法(溶胶-凝胶法、低温燃烧法、水热合成法、缓冲溶液沉淀法)和物理合成法(微波辐射合成法,CO2激光加热气相沉积合成法)。总结了每种合成方法的优缺点,并对稀土发光材料新的合成方法进行了展望。

关键词:稀土;发光材料;合成方法

中图分类号:O614.33　　文献标识码:A　　文章编号:1004-0277(2003)01-0043-06

　　自从20世纪70年代灯用稀土荧光粉商品化以来,发光材料的研究进入了一个新的阶段。由于稀土发光材料具有许多优良的性能和广泛的用途,目前已成为发光材料研究的一个热点。新的稀

━42━JournalofBaichengNormalCollegeVol.204,2006　　　

稀土发光材料的特点及应用介绍

曹铁平

(白城师范学院化学系,吉林白城137000)

　　摘要:本文概述了稀土发光材料近几年的研究进展,重点介绍稀土发光材料的特点、

合成方法和应用,以及我国稀土发光材料生产现状和未来发展前景展望。

关键词:稀土;发光材料;应用中图分类号:O614

文献标识码:A

文章编号:1673-3118(2006)04-0042-03

稀土发光材料优点是发光谱带窄,色纯度高,色彩鲜艳;吸收激发能量的能力强,转换效率高;发

射光谱范围宽,从紫外到红外;荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级,磷光最长达十多个小时;材料的物理化学性能稳定,能承受大功率的电子束,高能射线和强紫外光的作用等。今天,稀土发光材料已广泛应用于显示显像,新光源,X射线增感屏,核物理探测等领域,并向其它高技术领域扩展。

2　稀土发光材料的合成方法稀土发光材料的合成方法包括水热合成法、高温固相合成法、微波合成法、溶胶———凝胶法、微波辐射法、燃烧合成法以及共沉淀法。

水热法合成稀土发光材料具有反应条件温和,可以创造平衡缺陷浓度和生成新物相;制得的粉体晶粒发育完整,结晶度良好,粒径很小且分

毕 业 论 文（设计）

中文题目： 稀土Sm化合物/硅橡胶材料的制备及发光性能 英文题目：Preparation and Luminescence of Sm3+ Complex Doped Silicone Rubber

姓 名____ ___ 学 号__ ___ 专业班级 指导教师_ _ 提交日期___2009.5.20___

教务处

稀土Sm化合物/硅橡胶材料的制备及发光性能

摘要

制备了Sm化合物掺杂的硅橡胶材料，并对其力学性能和发光性能进行了测试。研究表明，随着Sm化合物的掺入量增加，材料的硬度、整体拉伸性能略有下降，但仍能保持硅橡胶的基本性能。掺杂材料的荧光强度随Sm化合物的含量的增加而增大，表明没有发生荧光淬灭现象，其原因在于化合物的有机配体对Sm3+离子有屏蔽作用。

关键词 钐化合物；硅橡胶；力学性能；发光性能

2

Preparation and Luminescence of Sm3+ Complex Doped Silicone

Rubber

Ai-jing Xie

Cl

摘要

在过去的二十多年里，金属-有机骨架（MOFs）材料作为一类新型的分子基多功能材料，由于其兼具有多孔性、比表面积大、可剪裁、可设计、易功能化等特点，在光、电、磁、气体存储和分离、催化剂、传感器以及手性拆分等诸多领域均表现出了巨大的应用前景，受到了学术界和和工业界越来越多的关注。羧酸类配体配位方式灵活多样且配位能力强，由它构筑的金属-有机骨架材料已经成为当前配位化学研究的热点。由于镧系元素的电子结构中都有一个没有完全充满的4f 电子层，且各种镧系元素4f 层电子数的不同，这组元素的每一个元素又都具有各自特别的性质，特别是光学和磁学性质。近十几年来，镧系元素被越来越多的化学工作者选作金属有机骨架材料的金属中心。本论文采用对苯丙二烯酸和9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸两种二羧酸配体分别与多种镧系金属盐，通过分子水热及溶剂热方法合成得到了12种结构新颖且具有独特发光性能的配位化合物。通过X-射线单晶衍射、粉末 X-射线衍射、元素分析、热重分析、荧光光谱和红外光谱等手段对晶体结构和光学性能进行了研究。具体成果概括为以下三点:

1. 以对苯丙二烯酸作为桥联配体，利用溶剂热法，与镧系金属离子进行配位自组装，设计合成得到了三种具有新颖结构的多孔配位聚合物

稀土发光的第一性原理研究

摘要：稀土发光材料在生物检测技术、照明、固体激光等领域具有好的应用前景，故掺杂介绍了对电荷补偿的

Ce

3+

Ce

3+

离子发光材料得到广

泛的关注，且在实验和理论研究领域备受青睐。在此详细

离子掺杂光学材料进行的第一性

原理计算研究工作。本文从介绍稀土知识及其研究工作的背景，并且介绍了密度泛函理论和基本计算软件，最后详细地给出了稀土发光的第一性原理计算的工作。

关键词： 第一性原理；NaF：Ce3+离子；4f?5d跃迁；电荷补偿；

First-Principles Study on Rare Earth Luminescence

Abstract：Rare earth luminescence has wide applications in biological detection technology, lighting, solid laser, and so on. Ce-doped luminescent materials have received intensive attention by experimental and theoretical researchers. We have presented

稀土材料

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。以稀土元素为材料的叫做稀土材料。

基本介绍

稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La）、铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素。简称稀土。

稀土元素又称稀土金属。稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。

稀土元素在地壳中丰度并不稀少，只是分布极不均匀，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。中国是世界稀土资源储量最大的国家，主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等等。

材料分类

稀土永磁材料

稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30

实验三 微波法制备蓝色荧光粉Ca1-xSrxF2:Eu

一、实验目的

1. 掌握共沉淀-微波法制备荧光粉的方法 2. 熟悉微波反应装置以及具体的实验操作 3. 制备纳米复合荧光粉 二、主要仪器与药品 1、仪器

烧杯，胶头滴管，瓷坩埚（100ml、20ml）各一个，分析天平，离心机，烘箱，微波炉，紫外灯 2、药品

硝酸钙，硝酸锶，三氧化二铕（Eu2O3），氟化铵，硝酸，活性炭（炭粒）

三 实验原理与技术

共沉淀法是将沉淀剂加入到混合金属盐溶液中，促使各组分均匀混合沉淀，然后加热分解以获得产物的方法。化学共沉淀法的优势在于它不仅可以将原料提纯与细化，而且可以在制备过程中完成反应及掺杂过程。这种方法具有工艺简单、经济，反应物混合均匀，焙烧温度较低、时间较短、产品性能良好等优点。但制备过程中仍有不少问题有待解决，例如过程中易引入杂质，形成的沉淀呈胶体状态导致洗涤和过滤方面的问题，如何选择适宜的沉淀剂和控制制备条件等。

微波合成法是近年来迅速发展起来的一种新合成方法，应用于光致发光材料的制备，已获得了多种粒度细小、分布均匀、色泽纯正、发光效率高的荧光粉 。这种方法是将原料按比例混合后研磨，装入特定的反应器，在微波炉中加热反应20—40min，取出后进

稀土永磁材料

摘要：本文综述了稀土永磁材料的相关概念，概括其发展背景，介绍了稀土元素的电子结构与稀土永磁材料性能的关系。并对当今国内外的研究现状以及其广阔的应用前景进行了简要说明。同时介绍了稀土永磁材料的典型代表——钕铁硼。系统的描述了钕铁硼永磁材料的生产制备工艺、材料性能特点及其应用前景，并对未来稀土永磁材料的发展进行了现实的展望。 关键词：稀土永磁材料；钕铁硼；材料性能；研究现状；前景

0 引言

磁性功能材料是指具有可利用的磁学性质的材料，目前普遍称之为“磁性材料”。 按照功能分，其可分为：易被外磁场磁化的磁芯材料(软磁性材料)；可发生持续稳定磁场的永磁性材料(硬磁性材料)；通过变化磁化方向进行信息记录的磁记录材料(软磁性材料)；通过光(或热)使磁化强弱发生变化进行记录与再生的光记录材料；在磁场作用下使电阻发生变化的磁致电阻材料；因磁化使尺寸发生变化的磁致伸缩材料；形状可以自由变化的磁性流体等。而稀土永磁材料作为一种功能材料,是指稀土金属和过渡族金属形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料。它在电源、交通、机械化工、医疗、电力、电子、信息及日常生活等领域有着广泛的应用。稀土永磁是永磁材料中的佼佼者, 特别是新型稀土永磁材料钕铁硼更是由于其性

发光材料的制备方法

随着发光材料基质类型的不断发展，其制备方法也逐渐趋于多样化[7~10]针

对各种基质的特点，相应发展出了溶胶－凝胶法、高温固相法、燃烧合成法、微波加热法、水热法、喷雾热解法、化学沉淀法、电弧法等制备技术。这些制备方法的基本原理有着显著的差别，适用性也有所不同，具有较强的针对性。 1、溶胶—凝胶法

溶胶一凝胶法(Sol-Gel)是低温合成材料的一种新工艺，它最早是用来合成玻璃的，但近十多年来，一直是玻璃陶瓷等先进材料合成技术研究的热点，其原理是将组成元素的金属无机或有机化合物作为先驱体，经过水解形成凝胶，这些凝胶经过烘干成为玻璃粉末并进行成型，再在较低温度下进行烧结，形成玻璃陶瓷。溶胶一凝胶法是应用前景非常广泛的合成方法。它是采用特定的材料前驱体在一定条件下水解，形成溶胶，然后经溶剂挥发及加热等处理，使溶胶转变成网状结构的凝胶，再经过适当的后处理工艺形成纳米材料的一种方法。

利用溶胶一凝胶法(Sol-Gel)制备发光材料时，把选好的基质材料制成溶液，配以激活剂、助溶剂等的有机化合物溶液或化合物的水溶液，混合均匀，溶液静化数小时后形成凝胶，经干燥、灼烧除去有机物后，再在一定气氛下烧结成产品，得到发光材料粉体。范恩荣[11