稀土发光材料及其发光原理.ppt

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1、稀土发光材料及其发光原理2021/9/21冶金与环境学院2021/9/211稀土发光材料发光是物质中能量的吸收、存贮、传递和转换的结果；根据发光方式的不同分为光致发光、阴极射线发光电致发光、放射发光和X射线发光等。稀土离子中，Ce3+和Eu2+发光光谱是宽谱带，其它三价离子都是锐线谱。三价稀土离子外层电子组成满壳层(5s2p6)，当内层4f电子吸收能量后跃迁到激发态，再次跃迁至低能级时释放能量，发射光谱。目前稀土发光材料已广泛应用于显示显像、新光源、X射线增感器、核物理与核辐射探测、医学放射图像摄影技术，并向其它高技术领域拓展。2021/9/212稀土发光材料-阴极射线发光材料阴极发光材料主要

2、用于显示设备，如彩电用红色荧光体、彩色投影仪荧光体、终端显示器用荧光体以及CRT显示器用多功能荧光体等。彩电的荧光屏是由红绿蓝三基色荧光粉有规则排列组成的，其中红色红色荧光粉是激活态的含铕化合物，通常为YVO4:Eu，Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu。彩电使用以上三种发光材料发射锐线谱，谱线色纯度高，亮度与电饱和特性改善，图像色彩不失真。目前彩电显示屏普遍使用的是铕激活的硫氧化钇磷光体。在Y2O2S中，Eu3+的发射峰在626nm处，属于Eu3+的5D0→7F2能级跃迁；高能级的5D1,5D2发射产生的绿光和蓝光影响红色荧光体的色度，随着Eu浓度增加，绿光和蓝光发射猝灭，保证了红光的色度。浓度

3、猝灭：激活离子浓度较大时，中心间的距离小于临界距离，它们就会产生级联能量传递，即从一个中心传递到下一个中心，再到下一个中心·.....（发生能量迁移）直到最后进入一个猝灭中心，导致发光的猝灭。温度猝灭：温度升高，晶格振动加剧，发光中心晶格弛豫增强，无辐射跃迁几率增大，发光效率降低。2021/9/213稀土发光材料-阴极射线发光材料目前在投影电视需要的荧光体比较少，红色荧光体主要为前面所述的掺铕硫氧化钇，蓝色荧光体主要有ZnS:Ag，绿色荧光体种类较多，有钇铝镓石榴石系(Y3(Al,Ga)5O12)，如YAG:Tb，Y(Al,Ga)G:Tb等；卤氧化镧体系(LaOX)，如LaOBr:Tb，LaO

4、Cl:Tb等；正硅酸氧钇体系(Y2SiO5)，如Y2SiO5等。绿色荧光体主要是以激活Tb3+的稀土发光材料，而投影电视绿色荧光体的主要材料是钇铝镓石榴石体系。Tb3+的5D3→7F1主要发射蓝光，5D4→7F1主要发射绿光。5D3在Tb3+浓度低的时发光，浓度高时存在(5D3→5D4)→(7F6→7F0)的交叉驰豫而消光。高浓度(1%mol)的Tb3+，其发光主发光带是550nm区域，是光5D4→7F5跃迁产生的，颜色为黄绿色，与标准绿色有较大差距。2021/9/214稀土发光材料-光致发光材料光致发光材料早前主要用于隐蔽照明、紧急照明以及飞机的仪表盘等，随着上世纪70年代能源危机的出现，发

5、光材料用于照明设备的研究逐渐成为热点，荧光灯稀土材料迅速发展。荧光灯使用的三基色材料主要为发红光的Y2O3:Eu3+，发蓝光的BaMg2Al16O27:Eu2+及绿光的Ce0.67Tb0.33Al11O19荧光体。由于人眼对绿光的敏感性最强且荧光灯中绿色成分占重要地位，需要选择一种高效的绿色发光材料。Tb3+是绿光的主要发光材料，因此通过Tb与不同化合物的结合，晶体结构与晶体场的作用使Tb3+更容易吸收能量进行发射。Ce3+作为敏化剂，将能量高效的吸收传递给Tb3+。目前使用的绿色荧光体主要有CeMgAl11O19:Tb(CAT)，LaPO4:Ce,Tb及其变体，Y2SiO5:Ce,Tb(正硅

6、酸氧钇)以及REMg5BO10(稀土五硼酸盐)等。2021/9/215稀土发光材料-电致发光材料电致发光是将电能直接转换为光能的现象。目前应用稀土电致发光的主要为交流薄膜电致发光(ACTFEL)与粉末直流电致发光(DCEL)。ACTFEL发光材料主要有三价稀土氟化物掺杂的ZnS和ZnSe，比如说红色发光材料是ZnS:NdF3、ZnS:SmF3和ZnS:EuF3，绿色发光材料ZnS:TbF3、ZnS:ErF3和ZnS:HoF3，蓝色为ZnS:TmF3等；碱土金属方面主要是稀土离子激活的CaS和SrS材料。DCEL主要是稀土氯化物激活的CaS和SrS材料。右图显示了部分稀土离子与金属硫化物电致发光

7、材料部分能级跃迁发射光峰值对应的波长2021/9/216稀土发光材料-X射线稀土发光材料X射线光子流穿过物体，形成一个X射线潜像，通过荧光屏或增感屏上的荧光粉转化为光学图像。X射线发光主要靠激发过程中产生的大量次级电子直接或间接地激发发光中心，转变为可见光辐射。上世纪70年代，稀土X射线发光材料大量应用的有以下几类：(1)铽激活的稀土硫氧化物RE2O2S2:Tb(RE:Gd,La,Y)。(2)稀土