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稀土及发光材料简介

梁玉军;2010年12月22日至2011年11月21日氧化铕的价格走势图;3;2.2 世界稀土储量;美国能源政策分析家马克·汉弗莱斯《稀土元素：全球供应链》：“中国稀土储量为3600万吨，仅占世界储量的36%，但产量达到12万吨，占世界产量的97%。”

与中国形成鲜明对比的是，美国和俄罗斯的稀土储量均超过千万吨，占全球总储量的13%和19%，但产量均为零。

日本虽然没有稀土矿可采，但从中国进口的廉价稀土，已足够其建一座年产上万吨的稀土矿。

美国和日本是“只吃别人锅里的，不吃自己碗里的”。;2.3 中国稀土分布;稀土主要应用领域;2．稀土元素的电子层结构;2．稀土元素的电子层结构;三价稀土化合物的4fn组态中共有1639个能级。能级之间的可能跃迁数高达199177个。电子跃迁时遵

守电偶极跃迁选择定则：△L＝土1、△S＝0和|△|＜2L(f组态为L＝3)。因此f→f跃迁(△J＝0)应是字称守所禁阻的。但实际上，由于晶格振动、对称性降低、磁偶极跃迁和f→d跃迁的出现等原因，还是可以观

察到f→f跃迁。因此，稀土化合物是一类很有发展前途的光学材料，在激光材料、发光材料和陶瓷及玻璃着色剂方面有广泛应用。;Dieke图

三价稀土离子的能级;光学特性;2.稀土的电子层结构和光谱学性质;⑴稀土元素基态原子的电于层构型;⑵稀土元素的价态;⑶稀土离子的发光特点;③由于4f轨道处于内层，材料的发光颜色基本不随基质的不同而改变；

④光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。;在+3价稀土离子中，Y3+和La3+无4f电

子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适用于作基质材料。;从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨道，从f1到f13，其电子层中都具有未成对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适于作为发光材料的激活离子。; 非正常价态稀土离子的光谱特性

价态的变化是引发、调节和转换材料功能特性的重要因素，发光材料的某些功能往往可通过稀土价态的改变来实现。

①+2价态稀土离子的光谱特性

②+4价态稀土离子的光谱特性;①+2价态稀土离子的光谱特性;4fn-15dl→4fn(即d--f跃迁)的跃迁发射呈宽带，??度较高，荧光寿命短，发射光谱随

基质组成、结构的改变而发生明显变化。

与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被压缩，最终导致最低激发态能量降低，谱线红移。;②+4价态稀土离子的光谱特性;+4价态稀土离子的电荷迁移带能量较低

，吸收峰往往移到可见光区。

如Ce4+与Ce3+的混价电荷迁移跃迁形成的吸收峰已延伸到450nm附近，Tb4+的吸收峰在430nm附近。;1.f→f跃迁:在稀土发光材料中常用的有f→f跃迁的Eu3+(红光)、Tb3+(绿光);⑷稀土发光材料的分类;以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中的最主要的一类，根据基质材料的不同又可分为两种情况：

材料基质为稀土化合物；如Y2O3：Eu3+；

材料基质为非稀土化合物；

如SrAl2O4：Eu2+。;可以作为激活剂的稀土离子主要是;30;图 YAB:Eu3+的发射光谱;图掺杂不同浓度Eu3+离子的YAB:Eu3+的发射光谱;图 YAB:Tb3+样品的发射光谱;图YAB:Tm3+样品的发射光谱;35;图 YAB:Dy3+(9mol%),Tm3+(3mol%)样品的发射光谱;图不同掺杂浓度YAB:Dy3+，Tm3+的发射光谱图;另外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Y3+可作为上转换材料的激活剂或敏化剂。;上转换示意图;可以通过选择基质的化学组成，添加适

当的阳离子或阴离子，改变晶场对Eu2+的影响，制备出特定波长的新型荧光体，提高荧光体的发光效率，故这类发光材料具有广泛的应用。;MgSi2O8(X=Ba,Sr,Ca):Eu2+在晶体场中键长的影响作用很大，键长越短，晶体场越强，发射就会红移。;42;②稀土化合物作为基质材料;稀土发光材料的一大应用领域便是电光源，灯用荧光粉的产量在所有荧光粉中占据首位。

⑴电光源主要分为两大类：

①热辐射发光光源；②气体放电发光光源。;与热辐射光源相比，气体放电光源具有显著的优点，例如，不受灯丝熔点的限制；辐射光谱可以选择；发光效率远远超过热辐射光源；寿命长，可达几万小时；而且在使用寿命期间光输出的维持性能好。;⑵气体放电和气体放电光源;在电离气体中，存在着各种中性粒子和带电粒子，它们之间存在着复杂的相互作用，带电粒子不断地从电场中获得能量

，并通过各种相互作用把能量传递给其他粒子。

当这些激发粒子自发