稀土材料發(fā)光的設(shè)計(jì)與制備

稀土發(fā)光材料的設(shè)計(jì)與制備

導(dǎo)師：師奇松稀土化合物包含至少一種稀土元素的化合物。它是一種重要的戰(zhàn)略資源，特別是高新技術(shù)工業(yè)的重要原料，如軍事裝備方面一些精確打擊武器、一些汽車零部件和高科技產(chǎn)，都依賴用稀土金屬制造的組件。據(jù)了解，中國是唯一能有效提供全部17種稀土金屬的國家，且儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過世界其他國家的總和，是名副其實(shí)的“稀土大國由于稀土元素的離子具有特別的電子層結(jié)構(gòu)和豐富的能級數(shù)量，使它成為了一個(gè)巨大的發(fā)光材料寶庫。在人類開發(fā)的各種發(fā)光材料中，稀土元素發(fā)揮著重要作用，稀土發(fā)光幾乎覆蓋了整個(gè)固體發(fā)光的范疇。摻稀土離子發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理

在外界作用下，物質(zhì)吸收光能或電能，從而躍遷到激發(fā)態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)的基本原理，任何激發(fā)態(tài)都是不穩(wěn)定的，物質(zhì)最終總是要回到能量更低的狀態(tài)(基態(tài))。在這個(gè)過程中，物質(zhì)具有比基能量多出的能量的全部或一部分，如果以光的形式放出，我們稱該過程為發(fā)光過程，該物質(zhì)為發(fā)光物質(zhì)2.幾種典型的稀土發(fā)光材料合成方法2.1溶膠—凝膠(Sol—Gel)法溶膠—凝膠法是將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠,然后使溶質(zhì)聚合凝膠化,再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分,最后得到無機(jī)材料。2.2水熱和溶劑熱法水熱合成指在一定溫度(100—1000℃)和一定壓力下(10—100MPa)利用溶液中物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成。這種方法利用無機(jī)物在高溫高壓下幾乎都具備可溶性的特點(diǎn),在控制合適條件的情況下,使得溶于水中的物質(zhì)能夠從液相中結(jié)晶出來。2.3燃燒法燃燒合成法是將相應(yīng)的金屬硝酸鹽(氧化劑)和尿素或碳酰肼的混合物放入一定溫度環(huán)境中使之發(fā)生燃燒反應(yīng),制備氧化物或其它發(fā)光材料。2.4微波輻射法微波輻射合成法是近十年迅速發(fā)展起來的一種新的制備方法。微波輻射法合成的產(chǎn)品具有相純、粉末粒度較細(xì)、稀土摻雜濃度高、發(fā)光強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛地應(yīng)用于稀土發(fā)光材料的合成中。稀土紅色熒光粉Y2O2S:Eu3+:1966年發(fā)現(xiàn)Y2O2S:Eu3+熒光體在電子激發(fā)下產(chǎn)生鮮艷的紅色熒光，使當(dāng)時(shí)的彩色電視屏幕圖像亮度提高了一倍以上，色純度也有很大的提高，亮度-電流飽和特性好，在使用條件下穩(wěn)定性高。

近40年來，盡管出現(xiàn)了許多紅色發(fā)光材料，而Y2O2S:Eu3+因其優(yōu)異的性能仍然是CRT不可替代的紅色熒光粉。

目前已被廣泛應(yīng)用，全世界每年市場總值達(dá)數(shù)億美元，我國已成為世界第一大生產(chǎn)國和消費(fèi)國。（1）性質(zhì)Y2O2S:Eu3+為白色晶體，具有六方晶體，不溶于水，熔點(diǎn)高（2000℃以上），化學(xué)穩(wěn)定性好。5D0-7F2

源自Eu3+的5D0-7F2躍遷發(fā)射，主峰位于626nm。Eu3+的較高能級5D1和5D2產(chǎn)生的躍遷發(fā)射藍(lán)光和綠光，會影響熒光粉的色度。因此，Y2O2S:Eu3+采取較高的Eu3+摻雜濃度，產(chǎn)生交叉弛豫，使得Eu3+較高能級的藍(lán)光和綠光發(fā)射發(fā)生猝滅，從而得到較高純度和強(qiáng)度的紅光發(fā)射。①EuCl3.6H2O0.3665g→99.7%乙醇5ml②鄰菲羅啉0.198g→99.7%乙醇10ml③月桂酸

0.6g→乙醇30℃攪拌溶解PH值用NaOH調(diào)至7-8將①與②混合50℃下攪拌30min，加入③。溶液攪拌2h后，室溫下攪拌45h，加入烤箱烘干實(shí)驗(yàn)成果4稀土發(fā)光材料的應(yīng)用

正是因?yàn)橄⊥涟l(fā)光材料具有一般發(fā)光材料無法替代的優(yōu)點(diǎn),所以它正廣泛地應(yīng)用于電光源照明、電視機(jī)顯色材料、農(nóng)用轉(zhuǎn)換材料、X射線熒光粉、發(fā)光涂料及發(fā)光油墨等方面。其中電光源照明是其應(yīng)用的最主要方面,燈用熒光粉的產(chǎn)量在所有熒光粉中占據(jù)首位。4.1稀土發(fā)光材料在固體白光LED照明中的應(yīng)用享有“第四代照明光源”美譽(yù)的固體白光LED,以其節(jié)能、環(huán)保和長壽命的突出優(yōu)點(diǎn)受到越來越多科研人員的關(guān)注,LED將成為21世紀(jì)新一代的環(huán)保節(jié)能光源。正是因?yàn)槠溆兄渌彰鞴庠礋o可替代的優(yōu)點(diǎn),包括中國、美國、日本和歐洲在內(nèi)的世界各國都加大了對這一領(lǐng)域的研究,都爭相搶占開發(fā)這一領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)。目前,這一領(lǐng)域的大部分知識產(chǎn)權(quán)都被日本壟斷,因此,要擁有自己的知識產(chǎn)權(quán),我們必須開發(fā)一些新型的發(fā)光材料。4.2稀土長余輝發(fā)光材料的應(yīng)用稀土長余輝發(fā)光材料是一種新型環(huán)保節(jié)能材料,它能在吸收太陽光和燈光的能量之后,將部分能量儲存起來,然后緩慢地把儲存的能量以可見光的形式釋放出來,在光源撤除后仍能長時(shí)間地發(fā)出可見光。正是因?yàn)檫@一點(diǎn),又稱之為“夜光粉”,廣泛地應(yīng)用于弱光照明、應(yīng)急指示、建筑裝飾和工藝美術(shù)等領(lǐng)域,并且其研究在不斷地覆蓋更多的領(lǐng)域。4.3稀土發(fā)光材料在光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜方面的應(yīng)用將發(fā)光材料作為太陽光的轉(zhuǎn)光劑,加入到農(nóng)用塑料薄膜中制成農(nóng)膜,可以改善光合作用的光質(zhì),提高農(nóng)作物光能利用率,從而可以促進(jìn)農(nóng)作物的早熟和增產(chǎn)。4.4稀土發(fā)光材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用許多核醫(yī)學(xué)及臨床化學(xué)工作者都希望研制反射性同位素以外的標(biāo)記物,于是酶標(biāo)記、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光標(biāo)記等新標(biāo)記物不斷地涌現(xiàn),其中稀土離子熒光標(biāo)記最為引人注目。這種時(shí)間分辨測量新技術(shù)(時(shí)間分辨熒光免疫分析)克服了一般熒光標(biāo)記受環(huán)境干擾的缺點(diǎn),使非特異性信號降低到可以忽略的程度,達(dá)到了極高的信噪比,從而大大地超過了放射性同位素所能達(dá)到的測定靈敏度,目前已步入應(yīng)用階段,成為繼放射免疫分析后,標(biāo)記物發(fā)展的一個(gè)新里程碑4.5納米稀土發(fā)光材料的應(yīng)用納米稀土發(fā)光材料是指基質(zhì)粒子尺寸在1～100nm的稀土發(fā)光材料。納米稀土發(fā)光材料具有廣闊的應(yīng)用前景,如納米量級的熒光粉顆粒能夠很好地改善陰極射線管(CRT)和彩色等離子顯示器(PDP)涂屏的均勻性,有助于提高顯示清晰度。而場發(fā)射器件(FED)用的納米級熒光粉與傳統(tǒng)的FED熒光體相比,其所具有的小尺寸可以被低壓電子完全浸透,從而使材料得以有效使用。同時(shí)由于納米材料的比面積明顯增大,發(fā)光顆粒數(shù)增加,從而可以減少稀土三基色熒光粉的用量,致使成本降低,是照明燈和顯示器涂屏的首選材料展望

稀土有機(jī)發(fā)光材料是一個(gè)涉及化學(xué)化工、生化、物理、材料、電子學(xué)等眾多學(xué)科的研究領(lǐng)域.它的多色性及更寬的材料選擇范圍使其發(fā)展尤為迅速.材料與器件的聯(lián)系將更加密切,從而相互促進(jìn)加速開拓;理論與實(shí)踐也將進(jìn)一步結(jié)合,相互啟發(fā),共同提高.應(yīng)用方