“稀土”，時尚生活的“底氣”

從手機到電腦，從光纖到光源，從存儲硬盤到液晶顯示，從民生應用到國防建設……世界因“稀土”而精彩。“稀土”作為高科技領域的“維生素”，一向被認為是引領人們時尚生活的前衛材料。

以功能取勝，

給“稀土”的掌聲響起來

所謂“稀土”，指的是稀土元素，包括 15 種鑭系元素加上鈧和釔兩種元素。所謂鑭系元素，是指元素周期表中原子序數為57 ～ 71 的 15 種化學元素的統稱，包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。它們具有相似的化學性質，因此以鑭系元素系列的方式單獨存在于元素周期表中。

“稀土”其實既不“稀”也不“土”。稀土元素在地殼中的分布相對豐富，但礦藏中的“稀土”含量非常低。稀土的應用向來不是以量取勝，而是以超強的功能博得掌聲，因此才有“工業維生素”的美名。

指尖上的“稀土”，

智能生活的支撐

智能手機的普及，讓我們深刻感受到智能生活的方便和愜意。然而，要說指尖上的智能生活離不開稀土元素的支撐，你會相信嗎？

在智能手機中分布的金屬元素多達62 種，其中稀土元素扮演了不可替代的角色。在 17 種稀土元素中，有 16 種應用于手機中。從彩色顯示屏到電子電路，再到揚聲器、耳機，稀土元素隨處可見。

其實，智能手機中的各種金屬元素各有所長，稀土元素因其特殊的電子層結構而具有一般元素所無法比擬的光譜性質。五彩繽紛的手機彩屏自然離不開稀土元素的貢獻，如將鋱和鏑應用于觸摸屏，可以產生豐富逼真的顏色。同時，用于手機屏幕顯示的稀土元素，還可以阻擋紫外線的進入。

智能手機的線路相當于神經系統，要求具有很好的傳輸速度。在手機線路中，銅約占手機重量的 15%，主要用作元件之間的導電連接。黃金雖然電阻稍高了一點，但不會銹蝕，因此常用于某些電路的觸點。同時，在線路中還會用到鐠、釓、釹、鋱、鏑等多種稀土元素。

從揚聲器到耳機，振動馬達中的磁鐵更是離不開稀土元素。如手機鈴聲就來源于釹、鋱和鏑 3 種稀土元素的振動，因此如果沒有稀土元素，手機就會變成啞巴。

稀土熒光粉：給我紫外線，

回報你光明

我們通常所說的“節能燈”，其實它的學名叫作“稀土三基色緊湊型熒光燈”。所謂“稀土三基色”，是說節能燈所使用的紅、綠、藍三種熒光粉，都是以稀土元素作為主要成分。所謂“緊湊型”，是指把熒光燈與鎮流器（安定器）組合成一個整體。

為什么節能燈要使用稀土三基色熒光粉呢？這還得從氣體放電燈的發光原理說起。所謂氣體放電燈，是指通過氣體放電將電能轉換為光能的一種電光源。最典型的照明用氣體放電燈有日光燈和節能燈等。

節能燈于 20 世紀 70 年代誕生于荷蘭的飛利浦公司。與日光燈一樣，節能燈是一種充有氬氣的低氣壓汞蒸氣的氣體放電燈 ， 但燈管內壁涂有的熒光粉與日光燈是不同的。一般日光燈管內壁涂的是鹵磷酸鈣熒光粉，而節能燈內壁涂的是稀土三基色熒光粉。與相應的非稀土熒光粉相比，稀土熒光粉發光效率及光色質量等都會更好一些，使用壽命也會更長一些。

在節能燈的燈管里，參與發光的物質有氬原子、汞原子以及稀土熒光粉。它們就像情同手足的“三兄弟”，通過高度默契的合作完成了高品質的發光。

具體來講，節能燈不需要啟動器，它是使用電子鎮流器啟動的。電子鎮流器使用半導體元件先將220V的交流電整流成直流電，再用電子技術將直流或低頻交流電轉換成高頻高壓電。當被加熱到大約1160K的溫度時，燈絲就開始發射電子了。燈管內的氬原子在這些電子的撞擊下變得活躍起來，并不斷地撞擊汞原子，使得汞原子吸收能量躍遷到更高能級。

由于高能級是不穩定的，因此汞原子要自發地向低能級躍遷，在躍遷的過程中就會發出紫外線。然而，紫外線為不可見光，不具有照明價值。這時候，稀土熒光粉就該登場了！節能燈在放電過程中發出的紫外線激發稀土熒光粉就會發出可見光。

看來，稀土熒光粉還真講義氣，很懂得“投桃報李”：你給我紫外線，我回報你光明。這是因為在節能燈管內壁涂有稀土三基色熒光粉，使其發出的可見光呈現紅、綠、藍３種基色，這３種基色混在一起就能呈現出漂亮的白色光了。稀土三基色節能燈不但高效節能，而且使用壽命也比白熾燈高5～8倍。

LED照明：也給我來點“稀土”

照明用LED燈是繼緊湊型熒光燈之后的新一代照明光源，以其節能環保而被譽為照明新秀。節能燈里，稀土熒光粉扮演了“投桃報李”的角色。盡管LED燈的發光模式與節能燈迥然有別，但LED燈也呼喚“給我來點‘稀土’”！

為了了解LED燈的發光模式，我們需要做一些技術上的鋪墊。LED應用于照明領域得益于姍姍來遲的藍光LED。曾榮獲2014年諾貝爾物理學獎的高亮度藍光LED技術，開啟了人類白光LED照明的新紀元。白光LED照明的電光轉換率在50%以上，具有十分顯著的節能效益。

LED又被稱為發光二極管，是一種固態半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟為一個半導體晶片，由P型半導體和N型半導體兩部分組成。當把這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就會形成一個“PN結”，當通以正向電流的時候，電荷載流子相互結合而發光。

發光二極管的發光方式為電致發光，也叫電場發光，是通過加在PN結上的電場激發的電子碰擊發光中心而導致發光的一種物理現象。電致發光屬于一種主動發光過程，省去了熱輻射、紫外線或電子束等中間過程，因此具有更高的光電轉換效率。

稀土熒光粉在白光LED照明中有多重要呢？白光LED可采用三種方法形成。第一種是利用藍色LED與黃色熒光粉配合形成白光，LED基片發出的藍光激發黃色熒光粉可以發出黃光，剩下的藍光與熒光粉發出的黃光混合可以得到白光。第二種是利用紫外光LED芯片激發三種熒光粉發出三基色來合成白光。第三種是通過LED紅、綠、藍三基色多芯片組發光混合而產生白光。由于LED燈為PN結二極管，因此只向一個方向發光，這就決定了它的亮度很好。在這個過程中，稀土熒光粉的作用不容低估。白光LED離不開四種熒光粉，即稀土三基色紅、綠、藍熒光粉以及石榴石結構的黃色熒光粉。

當今社會，人們的生活幾乎都與稀土元素密切相關。稀土元素讓世界變得豐富多彩，并讓我們的數字設備變得更小、更輕、更優、更強。如果沒有稀土元素，智能手機也許會裝聾作啞，白光照明也許會有電無光……從民生應用到國防建設等領域，都無法離開稀土這個“工業維生素”！

（摘自《百科知識》2024年07B期）