稀土发光材料及其应用元素主要应用有哪些

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稀土发光材料的现状及应用展望
作者单位：
南京工业大学材料学院
南京工业大学电光源材料研究所
母体文献：
2009年全国电光源材料科技研讨会论文集
会议名称：
2009年全国电光源材料科技研讨会
会议时间：
会议地点：
主办单位：
中国照明学会,中国照明电器协会
在线出版日期：
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万方数据电子出版社苏文斌 6★稀土元素发光特性及其应用_苏文斌_牛宝宝文章网
苏文斌 6★稀土元素发光特性及其应用_苏文斌
第12卷??第4期2001年12月化??学??研??究CHEMICAL??RESEARCHVol.12??No.4Dec.2001稀土元素发光特性及其应用苏文斌,谷学新,邹??洪,朱若华(首都师范大学化学系,北京100037)*摘??要:近年来,稀土元素及其化合物已成为现代尖端科技领域不可缺少的特殊材料,本文就其发光特性和应用作一介绍.关键词:稀土;发光材料;激光材料;荧光探针中图分类号:O614.33文献标识码:A编号:01)04-0055-05LuminescenceCharacteristicandTheirUtilityofRare-earthElementsSUWen_bin,GUXue_xin,ZOUHong,ZHURuo_hua(DepartmentofChemistry,CapitalNormalUniversity,Beijing100037)Abstract:Rare_earthelementsandtheircompoundshavebecomeaveryimportantspecialmaterialinmodernhigh_technology.Thisarticlegivesabriefintroductionfortheircharacteristicofluminescenceandtheirutil-ity.Keywords:rare_fluorescencematerial????近年来,稀土元素作为光学高新材料的原料宝库,其价值和应用日益受到广泛的关注,世界各国都把目光投向稀土元素功能的开发上,稀土元素被称为21世纪的战略元素.稀土元素性质相似,最初是从相当稀少的矿物中,以氧化物的形态发现的.以前常把氧化物称为土,因此得名稀土.稀土元素属于元素周期表中??B族,它包括钪(Sc)和钇(r)和镧系元素在内,一共17种元素.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).稀土元素的三价态是稀土离子的特征氧化态,除钪、钇、镧外,均有4f电子及4f亚层的7个可填充电子的轨道,4f组态内的跃迁产生荧光光谱(二次发光).稀土离子的发光具有许多极其优异的性能,使得稀土元素的发光研究具有重要的理论意义和应用价值.我国是稀土资源大国,在世界已探明的稀土储量为6200万吨(以稀土氧化物计)中,其中中国稀土资源工业储量为4800万吨,占世界已探明资源的80%,??稀土??并不稀少.然而在过去的几十年里,我国长期处于廉价出口国的地位.因此对于化学教育工作者,了解我稀土资源的发光特性以及开发和利用情况,并把它用在化学教学中,无疑有着十分重要的意义.本文仅就稀土的发光特性及其应用作一介绍.1??稀土元素的发光特性稀土离子具有丰富的发射光谱.其中,除La、Lu之外的其余镧系离子的4f电子可在7个4f轨道之间任意分布,从而产生各种光谱项和能级,对未充满f电子壳层的原子或离子可观察到的谱线多达三万条.因此,可以发射紫外到红外各种波长的电磁辐射.三价镧系稀土离子的颜色呈现明显的对称性,没有4f电子收稿日期:基金项目:北京市教委基金项目(OOKJ-095)作者简介:苏文斌(1978-),男,在读研究生,从事发光分析研究.*通讯联系人.3+3+苏文斌 6★稀土元素发光特性及其应用_苏文斌的La3+离和4f层全满的Lu3+离子以及4f层半充满的Gd3+离子为无色,其他稀土离子的颜色以Gd3+离子为对称轴,其颜色具体为[3]:La无Ce无Pr苹果绿Nd紫红Pm粉红Sm黄Eu浅红Ln3+Gd无Tb浅红Dy黄Ho浅黄Er玫瑰红Tm浅绿Yb无Lu无离子的颜色稀土离子对光的吸收是发生在内层4f电子在不同能级之间的跃迁,产生吸收光谱谱线很窄,特异性强.因此呈现出的颜色鲜艳纯正.稀土离子的荧光光谱不同于普通荧光光谱,具有较大的Stokes位移,部分稀土离子的stokes位移表见表1.如Dy_(PTA)3的Stokes的位移达到278nm发射光谱与激发光谱不会相互重叠.而普通荧光物质的Stokes位移较小,如荧光素的Stokes位移仅为28nm,因此激发光谱和发射光谱通常有部分重叠,相互干扰严重.稀土离子螯合物稳定,且发射光的波长不随配体的变化而变化,因此可用来标记抗原抗体进行免疫分析.由于保存时间长(长达1-2年),克服了同位素、酶等标记物的缺点.并能实现多种稀土离子标记物进行多分析物同时监测.表1??稀土离子激发光、发射光和Stokes位移稀土离子螯合物Eu-(??-NTA)3Sm-(??-NTA)3Tb-(PTA)3Dy-(PTA)3激发光波长(nm)发射光波长(nm)3573Stokes位移(nm)8278????????-NTA:??-萘酰三氟丙酮:PTA:三甲基乙酰三氟丙酮.稀土离子螯合物的荧光寿命长(10~1000??s),比普通物质的荧光寿命高几个数量级.这样在检测时采用适当的延缓时间,可非常显著地降低来自散射光、样品和试剂的本底荧光强度(1~10ns)的干扰.(一些蛋白质和荧光体的荧光衰变时间如表2[1].)表2??一些蛋白质和荧光体的衰变时间荧光物质人的血清白蛋白球蛋白细胞色素C荧光素-异硫氰酸丹磺酰氯铕的螯合物荧光衰变时间(ns)4.13.03.54.514.2??稀土元素发光特性的应用2.1??稀土发光材料的应用稀土元素发光材料的优点是吸收能力强,转换率高,可发射从紫外到红外的光谱,在可见光区域,有很强的发射能力,且物理化学性质稳定.目前稀土发光材料的应用非常广泛.主要用在彩电显象管、计算机显示器、节能灯、防伪、拍摄电影以及转光农膜等上.目前彩色显象管[2]中的红粉普遍使用的是铕激活的硫氧化钇Y2O2S:Eu磷光体,粒度6-8??m.而计算的些光激钇苏文斌 6★稀土元素发光特性及其应用_苏文斌第4期苏文斌等:稀土元素发光特性及其应用??57(Y3Al5O12:Tb)和钇铝钆石榴石(Y3(Al,Ga)5O12:Tb),而计算机显示器中的绿粉为Tb3+离子激活的稀土硫氧化物Y2O2S:Tb,Dy及Gd2O2S:Tb,Dy高效绿色荧光体.蓝粉目前还没有用到稀土元素.随着能源危机的出现,节能已成为需要迫切解决的问题.普通的白炽灯虽然仍在我国占有绝对的数量优势,但是随着稀土节能灯的出现,白炽灯将会逐渐被取代.目前许多商店、宾馆里已经出现了不少节能灯,那明亮的灯光是由掺三价铕的发红光的荧光粉、掺二价铕的发蓝光的荧光粉以及掺三价铈和铽的发绿光的荧光粉发出的.由红、绿、蓝三种基色混合就可以发出白光或调成各颜色的光.一只11瓦的三基色节能灯相当于一只60瓦的白炽灯,其节能效果明显.夜间把马路照的通明的街道两旁电灯杆上高悬着的高压汞灯,也是由涂在灯壳上的掺铕的钒酸钇或掺镝的钒磷酸钇荧光粉发出的亮光.
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稀土元素都应用到哪些方面或领域当中？
稀土的用途是广泛的，例如：在军事方面，稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。在冶金工业方面，稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用
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稀土的用途是广泛的，例如：在军事方面，稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。在冶金工业方面，稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用
稀土广泛应用于电子、军事、石油化工等领域。
很多领域都是有应用到稀土的。机械制造，电子领域，军事等等。
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