“稀土”，时尚生活的“底气”

从手机到电脑，从光纤到光源，从存储硬盘到液晶显示，从民生应用到国防建设……世界因“稀土”而精彩。“稀土”作为高科技领域的“维生素”，一向被认为是引领人们时尚生活的前卫材料。

以功能取胜，

给“稀土”的掌声响起来

所谓“稀土”，指的是稀土元素，包括 15 种镧系元素加上钪和钇两种元素。所谓镧系元素，是指元素周期表中原子序数为57 ～ 71 的 15 种化学元素的统称，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。它们具有相似的化学性质，因此以镧系元素系列的方式单独存在于元素周期表中。

“稀土”其实既不“稀”也不“土”。稀土元素在地壳中的分布相对丰富，但矿藏中的“稀土”含量非常低。稀土的应用向来不是以量取胜，而是以超强的功能博得掌声，因此才有“工业维生素”的美名。

指尖上的“稀土”，

智能生活的支撑

智能手机的普及，让我们深刻感受到智能生活的方便和惬意。然而，要说指尖上的智能生活离不开稀土元素的支撑，你会相信吗？

在智能手机中分布的金属元素多达62 种，其中稀土元素扮演了不可替代的角色。在 17 种稀土元素中，有 16 种应用于手机中。从彩色显示屏到电子电路，再到扬声器、耳机，稀土元素随处可见。

其实，智能手机中的各种金属元素各有所长，稀土元素因其特殊的电子层结构而具有一般元素所无法比拟的光谱性质。五彩缤纷的手机彩屏自然离不开稀土元素的贡献，如将铽和镝应用于触摸屏，可以产生丰富逼真的颜色。同时，用于手机屏幕显示的稀土元素，还可以阻挡紫外线的进入。

智能手机的线路相当于神经系统，要求具有很好的传输速度。在手机线路中，铜约占手机重量的 15%，主要用作元件之间的导电连接。黄金虽然电阻稍高了一点，但不会锈蚀，因此常用于某些电路的触点。同时，在线路中还会用到镨、钆、钕、铽、镝等多种稀土元素。

从扬声器到耳机，振动马达中的磁铁更是离不开稀土元素。如手机铃声就来源于钕、铽和镝 3 种稀土元素的振动，因此如果没有稀土元素，手机就会变成哑巴。

稀土荧光粉：给我紫外线，

回报你光明

我们通常所说的“节能灯”，其实它的学名叫作“稀土三基色紧凑型荧光灯”。所谓“稀土三基色”，是说节能灯所使用的红、绿、蓝三种荧光粉，都是以稀土元素作为主要成分。所谓“紧凑型”，是指把荧光灯与镇流器（安定器）组合成一个整体。

为什么节能灯要使用稀土三基色荧光粉呢？这还得从气体放电灯的发光原理说起。所谓气体放电灯，是指通过气体放电将电能转换为光能的一种电光源。最典型的照明用气体放电灯有日光灯和节能灯等。

节能灯于 20 世纪 70 年代诞生于荷兰的飞利浦公司。与日光灯一样，节能灯是一种充有氩气的低气压汞蒸气的气体放电灯 ， 但灯管内壁涂有的荧光粉与日光灯是不同的。一般日光灯管内壁涂的是卤磷酸钙荧光粉，而节能灯内壁涂的是稀土三基色荧光粉。与相应的非稀土荧光粉相比，稀土荧光粉发光效率及光色质量等都会更好一些，使用寿命也会更长一些。

在节能灯的灯管里，参与发光的物质有氩原子、汞原子以及稀土荧光粉。它们就像情同手足的“三兄弟”，通过高度默契的合作完成了高品质的发光。

具体来讲，节能灯不需要启动器，它是使用电子镇流器启动的。电子镇流器使用半导体元件先将220V的交流电整流成直流电，再用电子技术将直流或低频交流电转换成高频高压电。当被加热到大约1160K的温度时，灯丝就开始发射电子了。灯管内的氩原子在这些电子的撞击下变得活跃起来，并不断地撞击汞原子，使得汞原子吸收能量跃迁到更高能级。

由于高能级是不稳定的，因此汞原子要自发地向低能级跃迁，在跃迁的过程中就会发出紫外线。然而，紫外线为不可见光，不具有照明价值。这时候，稀土荧光粉就该登场了！节能灯在放电过程中发出的紫外线激发稀土荧光粉就会发出可见光。

看来，稀土荧光粉还真讲义气，很懂得“投桃报李”：你给我紫外线，我回报你光明。这是因为在节能灯管内壁涂有稀土三基色荧光粉，使其发出的可见光呈现红、绿、蓝３种基色，这３种基色混在一起就能呈现出漂亮的白色光了。稀土三基色节能灯不但高效节能，而且使用寿命也比白炽灯高5～8倍。

LED照明：也给我来点“稀土”

照明用LED灯是继紧凑型荧光灯之后的新一代照明光源，以其节能环保而被誉为照明新秀。节能灯里，稀土荧光粉扮演了“投桃报李”的角色。尽管LED灯的发光模式与节能灯迥然有别，但LED灯也呼唤“给我来点‘稀土’”！

为了了解LED灯的发光模式，我们需要做一些技术上的铺垫。LED应用于照明领域得益于姗姗来迟的蓝光LED。曾荣获2014年诺贝尔物理学奖的高亮度蓝光LED技术，开启了人类白光LED照明的新纪元。白光LED照明的电光转换率在50%以上，具有十分显著的节能效益。

LED又被称为发光二极管，是一种固态半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏为一个半导体晶片，由P型半导体和N型半导体两部分组成。当把这两种半导体连接起来的时候，它们之间就会形成一个“PN结”，当通以正向电流的时候，电荷载流子相互结合而发光。

发光二极管的发光方式为电致发光，也叫电场发光，是通过加在PN结上的电场激发的电子碰击发光中心而导致发光的一种物理现象。电致发光属于一种主动发光过程，省去了热辐射、紫外线或电子束等中间过程，因此具有更高的光电转换效率。

稀土荧光粉在白光LED照明中有多重要呢？白光LED可采用三种方法形成。第一种是利用蓝色LED与黄色荧光粉配合形成白光，LED基片发出的蓝光激发黄色荧光粉可以发出黄光，剩下的蓝光与荧光粉发出的黄光混合可以得到白光。第二种是利用紫外光LED芯片激发三种荧光粉发出三基色来合成白光。第三种是通过LED红、绿、蓝三基色多芯片组发光混合而产生白光。由于LED灯为PN结二极管，因此只向一个方向发光，这就决定了它的亮度很好。在这个过程中，稀土荧光粉的作用不容低估。白光LED离不开四种荧光粉，即稀土三基色红、绿、蓝荧光粉以及石榴石结构的黄色荧光粉。

当今社会，人们的生活几乎都与稀土元素密切相关。稀土元素让世界变得丰富多彩，并让我们的数字设备变得更小、更轻、更优、更强。如果没有稀土元素，智能手机也许会装聋作哑，白光照明也许会有电无光……从民生应用到国防建设等领域，都无法离开稀土这个“工业维生素”！

（摘自《百科知识》2024年07B期）