稀土发光材料的研究进程与展望

2016-02-26刘苏王月影孙燕

西部皮革 2016年18期

关键词：荧光粉稀土基质

刘苏，王月影,孙燕

(云南师范大学化学化工学院，云南昆明 650500)

稀土发光材料的研究进程与展望

刘苏，王月影,孙燕

(云南师范大学化学化工学院，云南昆明 650500)

总结了稀土发光材料的分类和发光机理，综述了稀土发光材料的合成方法，介绍了我国对稀土发光材料的应用，最后对其发展前景进行了展望。

稀土发光材料；发光机理；应用；合成方法

稀土元素是元素周期表中从La到Lu的15个镧系元素以及与它们相近的Sc、Y共17种元素，大多数的稀土离子含有能级相近且未充满的4f电子，具有特殊电子构型，使其在光、电、磁等方面拥有特殊的性质，而且能级跃迁高达20万余次，具有长寿命的激发态。稀土发光材料被广泛应用在显示、照明和检测三大领域，形成大规模工业化生产和消费市场，并且逐渐向着新兴的领域拓展[1]。

1　稀土发光材料分类和发光机理

1.1分类

根据稀土元素的作用和激发的方式、稀土材料应用范围以及形态来分类。(1)按稀土的作用可分为：稀土化合物作为基质材料或者稀土与过度元素共同构成的化合物作为基质材料；稀土离子作为激活剂。(2)按激发方式可分为：光致发光(紫外线激发)材料、阴极射线发光(高能电子束的轰击)材料、电致发光(直流电或交流电激发)材料、放射线发光(核辐射的照射)材料、高能量光子激发发光(X射线或γ射线激发)材料等。(3)按应用范围可分为：照明材料，显示材料，检测材料。(4)按形态可分为：粉末材料，单晶材料，玻璃材料和陶瓷材料等。

1.2发光机理

固体发光的过程一般可分为第一步基质晶格对激发能的吸收；第二步基质晶格将激发能传给待激活离子，令其激发；第三步处于激发态的离子发射荧光返回基态[2]。

2　稀土发光材料的合成方法

目前稀土发光材料的制备方法[3]有很多，常见的如下： (1)固相合成法：工艺流程、所需的仪器设备都较简单，适合工业化大批量的生产。然而其煅烧所需温度较高，对仪器设备的要求高，且颗粒大小不均匀，易团聚。低温固相法反应时的温度为室温或者接近室温，因此其操作方便而且可控。还具有选择性高、产率高、工艺流程简单、节约能源等特点。(2)沉淀法：可细分为直接沉淀法、共沉淀法和均匀沉淀法。(3)溶胶．凝胶法：此方法使各种组分混合比较均匀，反应所需温度较低，产物的纯度高；反应物在分子、原子水平，发光效率较高且中心均匀分布；工艺流程简单、所需仪器设备并不复杂；但是所需原料成本高，颗粒容易团聚，最后干燥处理时颗粒有明显收缩现象。(4)燃烧法：此方法合成的荧光粉呈现松散且易破碎的泡沫状，发光强度减弱趋势很小，合成步骤简单，反应速度很快。但是所得荧光粉纯度一般，且反应过程中会放出氨等对环境造成危害的物质。(5)微乳液法：此方法合成的超细颗粒分散性较好，形貌、晶态可以控制，粒径可以控制、分布均匀且窄，在合成纳米粒子材料方面比较优越。(6)热分解法：此方法制成的荧光粉超微粒形态为较好的球状而且分布均匀。(7)水热法：此方法制备的荧光粉是纯度比较高、单分散体系、晶型很好而且粒径大小可以控制的超细颗粒。(8)微波法：此方法制备的稀土发光材料测试的荧光谱图中仅有微弱的红移现象，合成过程中可以向基质中掺杂浓度较高的离子，并且制备出的材料易保存。

3　稀土发光材料的应用

稀土功能材料主要用作三基色荧光及彩色显示材料，还可以用作光致防伪材料[4]，放射线防护材料。作为荧光探针应用于生物体，建立了测定遗传物质核酸的方法，稀土-生物大分子配和物，对生物大分子的研究。稀土光学材料对时间分辨荧光分析技术、特定物质分析和检测及药物开发都有重要作用。此外，在农用光转换膜、医疗X射线增感屏、荧光涂料制品等方面都有应用[5]。