稀土发光材料的发光机理及其应用.pdf

第３４卷第１期压电与声光Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１
２０１２年０２月ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳＦｅｂ．２０１２

文章编号：１００４－２４７４（２０１２）０１－０１１０－０４

稀土发光材料的发光机理及其应用

谢国亚１，张友２
（１．重庆邮电大学移通学院，重庆４０１５２０；２．重庆邮电大学数理学院，重庆４０００６５）
摘要：稀土是我国的重要战略资源，稀土发光材料在一些方面已得到普遍应用并在新能源和生物医学等方
面具有重要的应用前景。该文给出了稀土离子发光材料的基本原理，介绍了含稀土离子发光材料在节能灯、白光
半导体发光二极管显示（ＬＥＤ）用荧光粉、等离子显示（ＰＤＰ）用荧光粉等领域的应用，对在上转换发光、生物荧光标
记和下转换提升太阳能效率等方面的应用前景进行了总结和展望。
关键词：稀土离子；发光材料；半导体发光二极管；平板显示；太阳能电池；生物荧光标记
中图分类号：ＴＭ９１４．４；Ｏ４１文献标识码：Ａ
ＴｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＲａｒｅ－ＥａｒｔｈＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ＸＩＥＧｕｏｙａ１，ＺＨＡＮＧＹｏｕ２
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１５２０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＲａｒｅｅａｒｔｈｓａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｗｉｔｈｇｒｅａｔｒｅｓｅｒｖｅｉｎＣｈｉｎａ．Ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｌｕｍｉｎｅｓ－
ｃｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｖｅｆｏｕｎｄｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎａｆｅｗａｓｐｅｃｔｓ，ａｎｄｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔ
ｏｆｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓｃｉｅｎｃｅ．ＴｈｅＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒａｒｅ－ｅａｒｔｈｌｕｍｉｎｅｓ－
ｃｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｇｉｖｅｎ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇｌａｍｐ，ｗｈｉｔｅＬＥＤａｎｄＰＤＰｄｉｓｐｌａｙｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｓｕｍｍａ－
ｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｏｎｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｎｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ｂｉｏｌａｂｅｌａｎｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｓａｌｓｏ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈｉｏｎｓ；ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ；ＬＥＤ；ｐｌａｓｍａｐａｎｅｌｄｉｓｐｌａｙ；ｓｏｌａｒｃｅｌｌ；ｂｉｏｌｅｂｅｌ

级物理和化学性质稳定耐高温可承受大功率电
０引言；，，
子束、高能辐射和强紫外光的作用等。目前稀土材
化学元素周期表中镧系元素———镧（Ｌａ）、铈
料已广泛用于照明、显示、信息、显像、医学放射学图
（Ｃｅ）、镨（Ｐｒ）、钕（Ｎｄ）、钷（Ｐｍ）、钐（Ｓｍ）、铕（Ｅｕ）、
像和辐射场的探测等领域，并形成很大的工业生产
钆（Ｇｄ）、铽（Ｔｂ）、镝（Ｄ）、钬（Ｈｏ）、铒（Ｅｒ）、铥
ｙ和消费市场规模；同时也正在向着其他新型技术领
（Ｔｍ）、镱（Ｙｂ）、镥（Ｌｕ），以及与镧系的１５个元素密
域扩展，成为人类生活中不可缺少的重要组成部分。
切相关的两个元素———钪（Ｓｃ）和钇（Ｙ）共１７种元
本文将介绍掺稀土离子发光材料的发光机理、节能
素称为稀土元素。稀土化合物包含至少一种稀土元
灯、白光ＬＥＤ用荧光粉、ＰＤＰ显示用荧光粉，以及
素的化合物。它是一种重要的战略资源，特别是高
对在上转换发光、生物荧光标记和下转换提升太阳
新技术工业的重要原料，如军事装备方面一些精确
能效率等方面的应用前景进行总结和展望。
打击武器、一些汽车零部件和高科技产品，都依赖用
稀土金属制造的组件。据了解，中国是唯一能有效１掺稀土离子发光材料的发光机理
提供全部１７种稀土金属的国家，且储量远远超过世在外界作用下，物质吸收光能或电能，从而跃迁
界其他国家的总和是名副其实的稀土大国［１－３］
，“”。到激发态。根据量子力学的基本原理，任何激发态
由于稀土元素的离子具有特别的电子层结构和
都是不稳定的，物质最终总是要回到能量更低的状
丰富的能级数量，使它成为了一个巨大的发光材料
态（基态）。