淺談稀土發光材料的應用及其研究進展

李建華 姚永強

（內蒙古呼倫貝爾市環境科學研究所，內蒙古 呼倫貝爾 021000）

1 稀土發光材料--發光性能

稀土固體發光材料受到受到電子轟擊、X 射線、紫外線等激發方式的作用時，產生輻射的一種物理過程，就是稀土發光材料的發光機理。

稀土獨特的發光特性是由其獨特的電子結構所決定的。其特性主要表現在一下幾個方面：

1.1 化學穩定性好，耐燒傷、而且其物理性質相對比較穩定，制備工藝相對簡單，并且它又可承受較大功率的電子束、較強的紫外光和高能輻射的作用。

1.2 基于稀土化合物的4f電子在f-f組態之或f-d組態之間的躍遷造成的稀土化合物的發光。激活的發光體轉化效率更高，更容易實現摻雜和敏化，譜線豐富。

1.3 濃度淬滅小，溫度淬滅小。

1.4 在被激發的稀土離子中，處于激發態的電子壽命比普通原子激發態壽命長的多，其熒光壽命跨越了ns-mb6個數量級。

2 稀土發光材料--分類

稀土發光材料種類眾多，按稀土的用途，可應用范圍，激發方式等分類，可分為以下： 2.1稀土的作用：稀土離子作為激活劑，稀土化合物或稀土與過度元素共同構成的化合物為基質材料；

2.2 應用范圍：照明材料，顯示材料，檢測材料；

2.3 激發方式：光（電）致發光材料，陰極射線發光材料，高能量光子激發發光材料，光激勵發光材料，熱釋發光材料。

3 常見的稀土發光材料

常見的稀土發光材料有：光致發光材料，真空紫外稀土發光材料，稀土X射線發光材料，稀土閃爍體和上轉換發光材料，燈用發光材料，稀土長余輝發光材料，納米稀土發光材料。

4 稀土發光材料的合成方法

常用的稀土發光材料合成方法主要有以下幾種：高溫固相合成方法；溶膠-凝膠法；微波熱合成法；燃燒法；共沉淀法；噴霧干燥法；高分子凝膠包膜法。

5 稀土發光材料--優點

稀土發光材料表現出如下優點：色彩鮮艷，色純度高，發光譜帶窄；光吸收能力強，轉換效率高，可以制備出各種不同特征的發光體；發射波長分布區域寬；被激發的稀土離子中，處于激發態的電子壽命比普通原子激發態壽命長的多，其熒光壽命跨越了ns-mb6個數量級；化學穩定性好，耐燒傷、而且其物理性質相對比較穩定，制備工藝相對簡單，并且它又可承受較大功率的電子束、較強的紫外光和高能輻射的作用。由于稀土發光材料有著這些優異獨特的性能，使其逐漸成為追尋探索高新技術材料的主要研究對象。

截止到目前，稀土發光材料已經廣泛應用于食品檢測、紡織品、照明材料和顯示材料等領域中，正在向其他新興技術領域擴展。

6 稀土發光材料--應用

6.1 食品安全檢測中的應用

稀土發光材料現已廣泛應用于食品安全檢測，包括食品中為違禁添加劑的檢驗、重金屬的檢驗、毒素的檢驗、農獸藥殘留的檢驗等。Eu3+是應用于食品安全檢測最廣泛的稀土離子，因為其與氧有著較強的配位能力，因為以離子鍵結合的化合物有著很高的穩定性。稀土發光材料應用于免疫層析試紙技術，具有快速、方便、可現場檢測的優點，用肉眼便可直接觀察結果，能做到半定量檢測和定性檢測[3]。稀土發光材料在檢測中與儀器結合，在熒光分析法和時間分辨熒光分析技術中得到了較多的應用，并且這兩種方法在監測食品殘留物時，能夠做到靈敏度高，準確性好的優點，并同時可做到定量檢測。

6.2 紡織品中的應用

稀土發光紡織品作為一種新型的功能性紡織品，近年來的開發應用越來越廣。其主要是有稀土發光纖維織造類和稀土發光涂層類兩大類組成。稀土發光紡織品主要是由發光材料制成，由于其在吸收了幾分鐘可見光后，在黑暗的環境中可以發出明亮的光芒。由于其制成的紡織品有著這樣的特性，現在已經在交通指示牌，特殊的功能指示服裝，休閑娛樂，道路指示等領域被廣泛的應用。

6.3 照明領域的應用

稀土發光材料的一大應用便是電光源。作為現在常見的照明光源，白熾燈，熒光燈等都使用到了稀土元素，并且使用到的稀土發光材料主要是Dy、Er、Tm、Ho的鹵化物。

以稀土發光材料為支撐的節能照明擁有無限廣闊的發展前景。由于石油、煤炭等傳統能源日益緊張，使風能、太陽能、再生資源等新型能源產業在世界發達地區迅速崛起。節凈的能源與稀土節能照明相結合將成為人類在照明的主旋律。

7 存在的問題與展望

我們也應該清醒的看到，我國稀土資源的進出口差異：出口原料粗產品，卻進口產品精制品。

中國在稀土功能材料的開發，在應用技術和產品深加工等領域，仍然與世界水平有著較大的差距，需要我們更加的努力，在中國開展稀土精細加工和稀土功能材料的研究，使稀土材料和其他領域高技術有機結合，創新和孕育出一些有自主知識產權的新技術和新產業。如今我們已有良好的科研和產業基礎，以及原材料保證，在國家的大力支持下，總結成績，抓住歷史機遇，稀土發光材料的發展無論從深度還是廣度，都將進入一個新時期，它將為我國經濟發展作出更大貢獻。

[1]吳虹.創新驅動.轉型發展-高效節能新光源和稀土發光材料的發展和機與挑戰.2013(01)

[2]余媛.稀土發光紡織品的種類及應用現狀.2013,152,(30):21-26.

[3]宋春美.稀土發光材料及其在食品安全監測中的應用[J].2013,(28):11-12.