“发光元素”点亮我们的生活

曲建翘

还记得2016年里约奥运会开幕式上那生长茂盛的亚马孙大森林吗？还记得G20杭州会议上的西湖夜景吗？这些好看的景观，可都与我们元素周期表中的一些发光元素有关，我们一起看看这种造就美景的彩灯与元素周期表中的发光元素到底有什么关系？

霓虹灯与惰性气体

霓虹灯的英译为“Neon Lamp”，直译为氖灯。氖（Ne）在元素周期表中属于稀有气体元素（零族元素）。而稀有气体还包含：氦（He），氩（Ar），氪（Kr），氙（Xe），氡（Rn）（天然放射性元素，不参与霓虹灯的制作），稀有气体的化学性质很不活泼，所以过去人们曾认为他们与其他元素之间不会发生化学反应，将他们列为元素周期表中的零族，并称之为“惰性气体”。我们一起看看这些惰性气体与霓虹灯的关系。

有人说，霓虹灯是城市的美容师。那么，霓虹灯是如何发明的呢？

1910年，科学家克劳特注意到法国科学家莫尔曾在1895年做过这样一个实验：莫尔在抽真空的玻璃灯管中充入少量二氧化碳，然后给以高压，使它放电，结果灯管发出白色的光。克劳特根据莫尔的实验，在抽真空的玻璃灯管中充入氖、氩、氦等惰性气体。他发现，充入氖气，灯管会发出橙红色的光；充入氖和氩的混合气体，灯管会发出蓝色的光；充入氖和水银混合气体，灯管会发出绿色的光；充出氦气，灯管会发出黄色的光。“这是多么奇妙的现象啊！”克劳特惊喜万分。他获得霓虹灯的发明专利，从此，世界各地开始广泛生产霓虹灯。

日光灯与荧光粉

1938年，美国通用公司研究员伊曼发明了节能荧光灯，荧光灯又称为日光灯。第二次世界大战后，荧光灯成为新的照明工具。

20世纪50年代以后，荧光灯大都采用卤磷酸钙，俗称卤粉。1974年，荷兰飞利浦公司首先研制成功了能发出使人眼敏感的红、绿、蓝三色光的三基色荧光粉（完整名称是稀土元素三基色荧光粉），其中，红粉为铕激活的氧化钇，绿粉为铈、铽激活的铝酸盐，蓝粉为低价铕激活的铝酸钡镁，用它们做荧光灯的原料可大大节省能源，这就是高效节能荧光灯的由来。可以说，稀土元素三基色荧光粉的开发与应用是荧光灯发展史上的一个重要里程碑。

日光灯启动时，有电流流经灯丝，使灯丝预热而易于发射电子，所以这种日光灯称为热阴极日光灯，又称预热式日光灯，灯管的内壁涂有一层荧光粉薄膜，不同配方的荧光粉，能发出不同颜色的光。见下表。

LED灯与稀土元素

在元素周期表中，稀土元素是17种元素的统称，它的得名是因为瑞典科学家在提取稀土元素时应用稀土的化合物。稀土元素中，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种化学元素相关的元素钇（Y） 和钪（Sc）等共17种元素称为稀土元素。

稀土元素的应用十分广泛，在军事、农业、化工、冶金、石油等各行各业及日常生活中都离不开它，如照明技术应用稀土元素制作全彩发光二极管（LED）。

LED照明即是发光二极管照明，是利用LED作为光源制作出来的照明器材。制作LED灯需要使用稀土金属材料，如铝砷化镓、磷化铝镓铟添加金属铽（Tb）、钆（Gd）和铈（Ce）中的几种元素等，由金属镓（Ga）和砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）的化合物制成的发光二极管，可产生不同的颜色，如下。