稀土發(fā)光材料的研究進(jìn)程與展望

劉蘇，王月影,孫燕

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

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稀土發(fā)光材料的研究進(jìn)程與展望

劉蘇，王月影,孫燕

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

總結(jié)了稀土發(fā)光材料的分類(lèi)和發(fā)光機(jī)理，綜述了稀土發(fā)光材料的合成方法，介紹了我國(guó)對(duì)稀土發(fā)光材料的應(yīng)用，最后對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

稀土發(fā)光材料；發(fā)光機(jī)理；應(yīng)用；合成方法

稀土元素是元素周期表中從La到Lu的15個(gè)鑭系元素以及與它們相近的Sc、Y共17種元素，大多數(shù)的稀土離子含有能級(jí)相近且未充滿的4f電子，具有特殊電子構(gòu)型，使其在光、電、磁等方面擁有特殊的性質(zhì)，而且能級(jí)躍遷高達(dá)20萬(wàn)余次，具有長(zhǎng)壽命的激發(fā)態(tài)。稀土發(fā)光材料被廣泛應(yīng)用在顯示、照明和檢測(cè)三大領(lǐng)域，形成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)，并且逐漸向著新興的領(lǐng)域拓展[1]。

1　稀土發(fā)光材料分類(lèi)和發(fā)光機(jī)理

1.1分類(lèi)

根據(jù)稀土元素的作用和激發(fā)的方式、稀土材料應(yīng)用范圍以及形態(tài)來(lái)分類(lèi)。(1)按稀土的作用可分為：稀土化合物作為基質(zhì)材料或者稀土與過(guò)度元素共同構(gòu)成的化合物作為基質(zhì)材料；稀土離子作為激活劑。(2)按激發(fā)方式可分為：光致發(fā)光(紫外線激發(fā))材料、陰極射線發(fā)光(高能電子束的轟擊)材料、電致發(fā)光(直流電或交流電激發(fā))材料、放射線發(fā)光(核輻射的照射)材料、高能量光子激發(fā)發(fā)光(X射線或γ射線激發(fā))材料等。(3)按應(yīng)用范圍可分為：照明材料，顯示材料，檢測(cè)材料。(4)按形態(tài)可分為：粉末材料，單晶材料，玻璃材料和陶瓷材料等。

1.2發(fā)光機(jī)理

固體發(fā)光的過(guò)程一般可分為第一步基質(zhì)晶格對(duì)激發(fā)能的吸收；第二步基質(zhì)晶格將激發(fā)能傳給待激活離子，令其激發(fā)；第三步處于激發(fā)態(tài)的離子發(fā)射熒光返回基態(tài)[2]。

2　稀土發(fā)光材料的合成方法

目前稀土發(fā)光材料的制備方法[3]有很多，常見(jiàn)的如下： (1)固相合成法：工藝流程、所需的儀器設(shè)備都較簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化大批量的生產(chǎn)。然而其煅燒所需溫度較高，對(duì)儀器設(shè)備的要求高，且顆粒大小不均勻，易團(tuán)聚。低溫固相法反應(yīng)時(shí)的溫度為室溫或者接近室溫，因此其操作方便而且可控。還具有選擇性高、產(chǎn)率高、工藝流程簡(jiǎn)單、節(jié)約能源等特點(diǎn)。(2)沉淀法：可細(xì)分為直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法。(3)溶膠．凝膠法：此方法使各種組分混合比較均勻，反應(yīng)所需溫度較低，產(chǎn)物的純度高；反應(yīng)物在分子、原子水平，發(fā)光效率較高且中心均勻分布；工藝流程簡(jiǎn)單、所需儀器設(shè)備并不復(fù)雜；但是所需原料成本高，顆粒容易團(tuán)聚，最后干燥處理時(shí)顆粒有明顯收縮現(xiàn)象。(4)燃燒法：此方法合成的熒光粉呈現(xiàn)松散且易破碎的泡沫狀，發(fā)光強(qiáng)度減弱趨勢(shì)很小，合成步驟簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度很快。但是所得熒光粉純度一般，且反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出氨等對(duì)環(huán)境造成危害的物質(zhì)。(5)微乳液法：此方法合成的超細(xì)顆粒分散性較好，形貌、晶態(tài)可以控制，粒徑可以控制、分布均勻且窄，在合成納米粒子材料方面比較優(yōu)越。(6)熱分解法：此方法制成的熒光粉超微粒形態(tài)為較好的球狀而且分布均勻。(7)水熱法：此方法制備的熒光粉是純度比較高、單分散體系、晶型很好而且粒徑大小可以控制的超細(xì)顆粒。(8)微波法：此方法制備的稀土發(fā)光材料測(cè)試的熒光譜圖中僅有微弱的紅移現(xiàn)象，合成過(guò)程中可以向基質(zhì)中摻雜濃度較高的離子，并且制備出的材料易保存。

3　稀土發(fā)光材料的應(yīng)用

稀土功能材料主要用作三基色熒光及彩色顯示材料，還可以用作光致防偽材料[4]，放射線防護(hù)材料。作為熒光探針應(yīng)用于生物體，建立了測(cè)定遺傳物質(zhì)核酸的方法，稀土-生物大分子配和物，對(duì)生物大分子的研究。稀土光學(xué)材料對(duì)時(shí)間分辨熒光分析技術(shù)、特定物質(zhì)分析和檢測(cè)及藥物開(kāi)發(fā)都有重要作用。此外，在農(nóng)用光轉(zhuǎn)換膜、醫(yī)療X射線增感屏、熒光涂料制品等方面都有應(yīng)用[5]。

4　稀土發(fā)光材料的研究展望

對(duì)稀土發(fā)光材料制備的新方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)探索，現(xiàn)有的制備方法均有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需要不斷完善、改進(jìn)，將各種制備方法優(yōu)化結(jié)合以取長(zhǎng)補(bǔ)短是近幾年的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)稀土發(fā)光材料的表面進(jìn)行修飾改性，通過(guò)對(duì)稀土納米微粒表面進(jìn)行修飾，使得微粒表面出現(xiàn)新的化學(xué)、物理性能及新功能，從而拓寬其應(yīng)用范圍。

稀土發(fā)光材料的納米化和對(duì)過(guò)渡金屬離子、稀土摻雜納米材料也已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

[1]李建宇.稀土發(fā)光材料及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.2.

[2]唐道明.稀土發(fā)光[J].物理,1990,19(6):366

[3]盧利平,等.稀土發(fā)光材料[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.10-15.

[4]雷光東,盧志云,朱衛(wèi)國(guó),等.有機(jī)熒光防偽材料的制備[J].

[5]劉行仁.我國(guó)稀土發(fā)光材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展回顧與展望[J].世界科技研究與發(fā)展,2003,25(1):79-84.

劉蘇(1992-)，女，漢族，山東德州人，碩士，云南師范大學(xué)，無(wú)機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)，研究方向：無(wú)機(jī)功能材料。

O614. 3

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1671-1602(2016)18-0017-01