稀土
17种稀土元素用途

17种稀土元素用途稀土元素是指化学元素周期表中的镧(La)、铈(Ce)、钕(Pr)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钆(Sc)、钪(Y)、铼(Re)。
稀土元素广泛应用于不同领域,以下是它们的主要用途:1.光电材料:稀土元素在光学薄膜、液晶显示器、荧光材料、激光器、LED等领域具有重要作用。
钆、铽、铒等元素用于制备荧光粉,使荧光产品发光。
2.电池:钕铁硼磁体可以用于电动车辆、混合动力汽车、风力发电机、电动工具等高效电动设备。
3.医药:钆、铽、铕、铒等元素被用于核磁共振成像(MRI)和磁性顺磁探针,帮助诊断和治疗各种疾病。
4.环保:稀土催化剂在汽车尾气净化、工业废气处理、油气回收等环保技术中起到重要作用。
5.航空航天:稀土元素被广泛应用于制造航空发动机、导弹、卫星等高科技产品。
6.磁性材料:稀土元素在磁性材料中具有重要作用。
钆、铽、钇等元素用于制造永磁材料,如钕铁硼磁体。
7.钢铁冶金:稀土元素可用于制备稀土镁合金,用作铸造和冶金工业中的添加剂,提高金属耐腐蚀性和强度。
8.钢铁材料:稀土钪、稀土镱和稀土铕等元素可用来改变钢铁的组织和性能,提高钢铁的硬度和耐磨性。
9.电子产品:稀土元素用于制作陶瓷电容器、独立电容电阻器、集成电路等电子元器件。
10.照明:稀土元素可用于制造荧光灯、气体放电灯、导航灯等照明器材。
11.玻璃和陶瓷:稀土元素用于制造高透光玻璃、彩色玻璃和陶瓷材料。
12.高温超导体:稀土铽化合物用于高温超导体材料,可应用于核磁共振成像、磁悬浮列车等领域。
13.印刷和涂料:稀土元素被用于制作防伪印刷油墨、金属涂层等。
14.电视机:稀土元素用于制作彩色显像管,提高图像质量。
15.烟花焰火:稀土元素可用于制作烟花的火焰颜色。
16.核能:稀土元素在核燃料生产中具有重要作用,如铀浓缩、核反应堆控制等。
17.金属合金:稀土元素在制备镍合金、铬合金等金属合金中被广泛应用,提高合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性。
我国稀土元素的种类

稀土元素是元素周期表中的一组化学元素,由于其独特的物理和化学性质,被广泛应用于高科技领域。
在我国,稀土元素的种类繁多,主要有以下几种:
1. 铈元素:铈是一种银白色的稀土金属,在空气中容易氧化。
铈元素在军事领域中被用于制造导弹和火箭推进器,因为它能够在高温和高压下保持稳定。
此外,铈元素也被用于医疗领域,如放射性治疗和心脏起搏器的制造。
2. 钕元素:钕是一种灰黑色的稀土金属,具有高磁性和良好的延展性。
它被广泛应用于磁性材料和磁力存储设备中,如硬盘和磁盘驱动器。
此外,钕元素也被用于荧光灯和激光器的制造。
3. 钐元素:钐是一种灰白色的稀土金属,具有高熔点和良好的电导性。
钐元素在电子领域被用于制造晶体管、太阳能电池板和其他高科技产品。
此外,钐元素也被用于治疗某些癌症的药物中。
4. 铕元素:铕是一种淡红色的稀土金属,具有特殊的原子结构和光谱特性。
它被广泛应用于光学材料、荧光材料和激光材料中,如激光二极管和荧光显示屏。
5. 钆元素:钆是一种灰色的稀土金属,具有高磁性和良好的电导性。
它被广泛应用于核磁共振成像(MRI)技术中,用于诊断疾病和评估健康状况。
除了以上几种稀土元素外,我国还有许多其他的稀土元素,如镧、镨、镝、铒等。
这些元素都具有独特的物理和化学性质,被广泛应用于高科技领域,如电子、通信、能源、医疗、航空航天等。
总之,我国稀土元素的种类繁多,涵盖了铈、钕、钐、铕、钆等多种稀土金属和氧化物。
这些元素具有独特的物理和化学性质,被广泛应用于高科技领域,为我国的高科技产业发展做出了重要贡献。
稀土的主要成分

稀土的主要成分稀土是指自然界中存在的17种元素,它们分别是:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、霓(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和锕(Ac)、镧(La)以及锔(Cm)。
稀土元素因其特殊的性质和稀有性质而得名。
稀土元素在自然界中并不稀有,但它们分布较为分散,难以提取和分离,因此得名为稀土。
稀土元素具有丰富的化学性质和特殊的磁性、光学性质,广泛应用于电子、材料、化工等领域。
在稀土元素中,最常见的是镧和铈。
镧属于稀土的第一族,是最早被发现的稀土元素之一。
铈是稀土元素中含量最大的元素,常用于制造催化剂、优质玻璃和光学镜片。
稀土元素的其他成员,如钕、钐、铕等,也具有各自独特的特性和应用。
稀土元素在现代技术和工业中发挥着重要的作用。
例如,它们被广泛用于制造高性能磁体和永磁材料。
由于稀土元素具有很高的磁滞系数和磁导率,使之成为制造强大磁场的理想选择。
磁体和永磁材料被广泛应用于电机、发电机、传感器等领域。
稀土元素还被用于制造高温超导材料,这些材料在低温下具有极低的电阻,用于制造超导电缆和磁体。
此外,稀土元素还被应用于光学、光纤通信、显示器、核能和催化剂等领域。
稀土元素的化合物常用于制造荧光材料,用于涂料、塑料和玻璃的加色剂。
光纤通信中的稀土元素能够发射特定波长的光信号,用于光纤放大器和激光器。
稀土元素还可以用于触摸屏、LED显示器和电视等显示技术中。
在核能产业中,稀土元素用于制造核燃料和核反应堆材料。
而在催化剂中,稀土元素的化合物常用于催化裂化、氧化还原和有机化学反应中,具有高效催化作用。
尽管稀土元素的应用广泛,但稀土资源的开采和提取仍然是一个挑战。
稀土元素的提取和分离工艺涉及高成本和环境影响,且全球稀土资源分布不均匀。
中华人民共和国是全球最大的稀土生产国,其稀土资源储量约占全球的70%以上。
然而,近年来,国际社会对于稀土的供应和价格问题越来越重视,并在寻求新的稀土资源开发和利用途径。
稀土简介

稀土行业整合,形成战国七雄的局 面
稀土行业的七雄格局已经形成:包钢稀土、广 晟有色、厦门钨业、赣州矿业、中色建、中铝 公司、五矿集团。 广晟有色、赣州矿业独占南方离子型中重稀土 资源开采大权。
稀土产品分类
政府稀土政策
稀土计划性采,管控稀土出口: 2003年中国政府对稀土实行配额制 2005年, 中国政府取消了稀土出口退税,压缩了出 口配额企业名额。 2006年4月,中国国土资源部停止发放稀土矿开采 许可证 2006年11月,中国政府还对稀土和硅铁等商品加征 了出口关税。 2011年6月30日前,原则上暂停受理新的钨矿、锑 矿和稀土矿勘查、开采登记申请。 2013年6月,江西稀土行业整顿检查
稀土冶炼
稀土精矿的分解
通过各种化学变化将稀土转化为溶于水或无机酸的化合物, 经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序,制成各种混合 稀土化合物 稀土元素的分离(用草酸作为沉淀剂) 混合稀土化合物中,分离提取出单一纯稀土元素:(1)分步 法(分级结晶法、分级沉淀法和氧化还原法);(2)离子 交换法;(3)溶剂萃取法。 稀土金属的制备 稀土氧化物(除钐、铕、镱及铥的氧化物外)为原料用一般 冶金方法很难还原成单一金属(1)熔盐电解法(2)真空热 还原法(3)氟化物的钙热法(4)氯化物的锂热法
稀土简介
粟冰冰
稀土
稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57 到71 的15 种镧系元素氧化物,以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc) 和钇(Y)共17 种元素的氧化物。
稀土可以分为轻稀土和重稀土
轻稀土包括:镧、铈、鐠、銣、钷、钐、 铕、钆( gá )。
重稀土包括:铽、镝、钬、铒、铥、镱、 镥、钪。
稀土主要分布在中国、俄罗斯、美国、澳大 利亚、印度,中国的稀土储量世界第一
稀土

产地:具有经济开采价值的独居石主要资源是冲积型或海滨砂矿床。
最重要的海滨砂矿床是在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。
此外,斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地都含有独居石的重砂矿床。
独居石的生产近几年呈下降趋势,主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性,对环境有害。
氟碳铈矿化学成分性质:(Ce,La)[CO3]F。
机械混入物有SiO2、Al2O3、P2O5。
氟碳铈矿易溶于稀HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。
晶体结构及形态:六方晶系。
复三方双锥晶类。
晶体呈六方柱状或板状。
细粒状集合体。
物理性质:黄色、红褐色、浅绿或褐色。
玻璃光泽、油脂光泽,条痕呈白色、黄色,透明至半透明。
硬度4~4.5,性脆,比重4.72~5.12,有时具放射性、具弱磁性。
在薄片中透明,在透射光下无色或淡黄色,在阴极射线下不发光。
生成状态:产于稀有金属碳酸岩中;花岗岩及花岗伟晶岩中;与花岗正长岩有关的石英脉中;石英─铁锰碳酸盐岩脉中;砂矿中。
用途:它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。
铈族元素可用于制作合金,提高金属的弹性、韧性和强度,是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。
亦可用作防辐射线的防护外壳等。
此外,铈族元素还用于制作各种有色玻璃。
截止到2011年12月,已发现的最大的氟碳铈矿位于中国内蒙古的白云鄂博矿,作为开采铁矿的副产品,它和独居石一道被开采出来,其稀土氧化物平均含量为5~6%。
品位最高的工业氟碳铈矿矿床是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿,这是世界上唯一以开采稀土为主的氟碳铈矿。
磷钇矿化学成分及性质:Y[PO4]。
成分中Y2O361.4%,P2O538.6%。
有钇族稀土元素混入,其中以镱、铒、镝、钆为主。
尚有锆、铀、钍等元素代替钇,同时伴随有硅代替磷。
一般来说,磷钇矿中铀的含量大于钍。
磷钇矿化学性质稳定。
晶体结构及形态:四方晶系、复四方双锥晶类、呈粒状及块状。
物理性质:黄色、红褐色,有时呈黄绿色,亦呈棕色或淡褐色。
稀土是什么

稀土是什么
稀土(RareEarth),是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。
自然界中有250种稀土矿。
因为18世纪发现的稀土矿物较少,当时只能用化学法制得少量不溶于水的氧化物,历史上习惯地把这种氧化物称为“土”,因而得名稀土。
由于稀土具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。
近年来,随着科技的进步和应用技术的不断突破,稀土的价值也越来越大。
稀土 百度百科
稀土百科名片日本是稀土的主要使用国,目前中国出口的稀土数量居全球之首稀土作为许多重大武器系统的关键材料,美国几乎都需从中国进口(某些程度上是战略的储备)。
稀土是中国最丰富的战略资源,它是很多高精尖产业所必不可少原料,中国有不少战略资源如铁矿等贫乏,但稀土资源却非常丰富。
在当前,资源是一个国家的宝贵财富,也是发展中国家维护自身权益,对抗大国强权的重要武器。
中国改革开放的总设计师邓小平同志曾经意味深长地说:“中东有石油,我们有稀土。
”稀土是一组同时具有电、磁、光、以及生物等多种特性的新型功能材料, 是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业, 如农业、化工、建材等起着重要作用。
稀土用途广泛, 可以使用稀土的功能材料种类繁多, 正在形成一个规模宏大的高技术产业群, 有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。
有“工业维生素”的美称。
编辑本段稀土用途在军事方面稀土有工业“黄金”之称,由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料,其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。
比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。
而且,稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。
稀土科技一旦用于军事,必然带来军事科技的跃升。
从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制,以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮,正缘于稀土科技领域的超人一等。
在冶金工业方面稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能;稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件,被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业;稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中,可以改善合金的物理化学性能,并提高合金室温及高温机械性能。
关于稀土的认识与研究
关于稀土的认识与研究稀土,又称稀土元素,是指镧系元素和第三族元素中的17种化学元素的集合。
稀土元素包括镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Gd)、钪(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)、镥(Sc)、钪(Nd)和钐(Gd)。
稀土元素在自然界中分布稀少,不同的稀土元素在地壳中的丰度不同,但总体来说都是极低的,因此被称为稀土。
稀土具有独特的物理和化学性质,因此在众多领域具有广泛的应用价值。
稀土元素可以应用于电子、光学、磁学、催化剂、材料科学、生物医药和环境保护等众多领域。
在电子领域,稀土元素的磁性和电子结构特性使其成为重要的电子材料。
在电子设备中,稀土元素可以被用于制造发光二极管(LED)、场发射显示器(FED)和薄膜电晶体管(TFT)等。
其中,LED是现代照明技术的重要组成部分,发光二极管中的稀土元素可以使其具有不同颜色的发光效果,实现各种应用需求。
在光学领域,稀土元素的能级结构使其在激光器领域具有独特的应用价值。
稀土元素的激光材料可以用于制造激光器、光纤放大器和光纤通信等。
其中,钕铝石榴石(Nd:YAG)激光器是应用最广泛的激光器之一,它具有高功率、高效率和短脉冲宽度等特点,被广泛应用于材料加工、医学和科学研究等领域。
在催化剂领域,稀土元素的离子激活效应使其具有良好的催化性能。
稀土元素的催化剂可以用于加氢、氧化、裂解和析出等化学反应。
利用稀土催化剂可以降低反应温度、提高反应速率和选择性,实现对有机物和无机物的有效转化。
在材料科学领域,稀土元素可以用于制备各种高性能的材料。
稀土元素的磁性和光学性质使其成为磁性材料、光学材料和电子材料的重要组成部分。
此外,稀土元素还可以用于制备永磁材料、高温超导材料和磁性流体等。
在生物医药领域,稀土元素的荧光性质使其成为生物标记和成像的重要工具。
稀土元素的荧光标记可以用于细胞实验、分子生物学和医学影像等。
稀土基本知识
稀土基本知识目录一、稀土概述 (3)1.1 稀土的定义与分类 (4)1.2 稀土在元素周期表中的位置 (5)1.3 稀土元素的性质与应用 (5)二、稀土元素简介 (6)2.1 镧系元素 (9)2.2 铽系元素 (10)2.3 钇系元素 (11)2.4 铌系元素 (12)2.5 钼系元素 (13)三、稀土矿床类型及特点 (14)3.1 水源型矿床 (15)3.2 磁性地层型矿床 (17)3.3 热液型矿床 (18)3.4 混合型矿床 (19)四、稀土提取工艺 (20)4.1 重选法 (21)4.2 浮选法 (22)4.3 磁选法 (23)4.4 电选法 (25)4.5 化学选矿法 (26)五、稀土金属的制备 (27)5.1 熔炼法 (28)5.2 合金化法 (29)5.3 离子交换法 (30)5.4 湿法冶金法 (31)六、稀土材料及其应用 (32)6.1 稀土永磁材料 (33)6.2 稀土发光材料 (34)6.3 稀土催化材料 (36)6.4 稀土储氢材料 (37)七、稀土在高科技领域的应用 (38)7.1 稀土在信息技术中的应用 (39)7.2 稀土在新能源、环保领域的应用 (40)7.3 稀土在生物医学、农业领域的应用 (41)八、稀土资源保护与可持续发展 (42)8.1 稀土资源的现状与面临的问题 (43)8.2 稀土资源的保护和合理利用 (44)8.3 稀土产业的绿色转型与可持续发展 (45)一、稀土概述也称为镧系元素和钇族元素,包括17种化学元素:镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、钇(Y)、镱(Yb)和镥(Lu)。
这些元素在自然界中通常以矿石的形式存在,如独居石、氟碳铈矿等。
稀土元素在地壳中的分布不均,但在某些地区,如中国、美国和印度,它们的储量相对丰富。
稀土元素具有独特的物理和化学性质,如荧光性、磁性、催化活性和电导性等,这使得它们在许多高科技领域具有重要的应用价值。
稀土基本知识
稀土基本知识目录1. 什么是稀土 (2)1.1 稀土元素的定义 (3)1.2 稀土元素的化学性质 (3)1.3 稀土元素的物理性质 (4)1.4 稀土元素的分布和来源 (6)2. 稀土元素的分类 (7)2.1 扫描dium期的稀土元素 (7)2.2 十六种稀土元素 (8)2.3 其他与稀土元素相关的元素 (9)3. 稀土元素的用途 (11)3.1 电子工业 (12)3.2 磁性材料 (13)3.3 催化剂 (14)3.4 玻璃和陶瓷 (16)4. 稀土元素的开采和加工 (17)4.1 稀土矿的种类和分布 (18)4.2 稀土元素的提取工艺 (19)4.3 稀土元素的精炼工艺 (20)5. 稀土元素的环保问题 (21)5.1 开采和加工过程的污染问题 (23)5.2 稀土元素在环境中的蓄积和迁移 (24)5.3 稀土元素的资源利用和回收利用 (26)6. 稀土元素的未来发展 (26)6.1 新兴应用领域 (27)6.2 资源利用的创新和技术发展 (29)1. 什么是稀土全称是非常稀有土元素,是一种用于各个高科技领域至关重要的资源。
它们是元素周期表上17种金属元素中的一类,包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和锕系元素钍和钚。
由于它们的化学特性相似,这些元素通常一起加工和利用。
稀土之所以得名略具误导性,是因为它们在自然界中并不完全稀缺。
其名称来源于它们最初被发现的难以提取的特性,随着科技的进步和提取技术的优化,稀土元素的供应变得相对丰富。
它们在工业上也扮演着关键角色,尤其是在现代化技术中,如光电、永磁、储能、显示技术以及电子、汽车和航空航天等领域。
在环境和技术领域,稀土也因其对地球生态系统的潜在影响而备受关注。
商业生产稀土通常涉及高耗能流程和可能导致环境污染的活动,这促使研发者和制造商寻找更加可持续和环保的稀土提取与处理方式。
稀土不但是现代工业和技术的核心材料,也是可持续发展和环境保护工作中需要考虑的一个关键因素。
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稀土金属配合物发光性能研究进展及应用刘红梅。
,贾丹丹,宋爱君,牛少莉(河北科技师范学院化学系,河北昌黎066600)摘要:稀土金属配合物因镧系离子独特的电子结构而成为一类具有特殊性能的发光材料,有着重要的理论意义及应用价值。
本文简要介绍了稀土与配体间的能量传递机制,并综述了稀土金属配合物发光及其应用研究的新进展。
关键词:配合物;能量传递;发光;应用;稀土稀土元素的显著特点是大多数稀土离子含有能级相近且未充满的4f电子,并且4f电子处于原子结构的内层,受到5s25p6电子对外场的屏蔽,因此其配位场效应较小。
这种特殊的电子构型,使其不仅在光、电、磁等方面具有独特的性质,而且具有丰富的电子能级和长寿命的激发态,它们的能级跃迁达20万余次,可以产生多种多样的辐射,构成广泛的发光和激光材料,被誉为新材料的宝库[1’2】。
我国稀土资源丰富,约占世界已探明储量的80%以上,居世界之首。
而且矿物种类最多,稀土组分最全,深入开展稀土化合物的应用研究对于我国把稀土资源优势转化为经济技术优势起着十分重要的作用。
由于稀土离子本身的独特结构和性质,使其与适当有机配体配合后,所发出的荧光兼有稀土离子发光强度高、颜色纯正和有机化合物所需激发能量低、荧光效率高等优点。
近年来,人们对稀土配合物的发光性能研究表现出浓厚的兴趣,大量有关稀土发光现象的研究在不同领域内展开[3卅。
本文从光致发光稀土配合物的发光机制、稀土配合物的配体等几方面,对其发光性质的研究及应用做一综合性阐述。
1 稀土配合物的发光机制由于稀土离子的f-f跃迁属于禁戒跃迁,因此在可见和紫外区域表现出很弱的吸收,单一稀士离子的发光相对较弱。
但当稀土离子与有机配体配合得到稀土配合物时,由于有机配体在紫外区常常有较大的吸收,并通过有效的分子内能量传递过程将其激发态的能量传递给稀土离子的发射能级,从而极大地提高了稀土离子的特征发射,即所谓的天线(antenna)效应。
Crosby等[7’8]对稀土配合物发光进行大量研究之后,解释了其发光机制,证实这些配合物的荧光发射是配体激发态的电子能级与金属离子4f能级间的分子内能量传递产生的,并不是稀土离子直接激发引起的。
具体发光过程为:配合物分子内的有机配体吸收激发光能量,引起配体分子由单重态so跃迁到单重激发态S。
中的一个振动能级,单重激发态的寿命很短,很快便经系间窜跃到亚稳的三重态T,再由最低激发三重态T。
将能量传递给稀土离子的各振动能级,此时,稀土离子的基态电子受激发跃迁到激发态,当电子从激发态回到基态时,便发射各离子的特征荧光(图1)。
稀土离子的跃迁几率取决于配体三重态能级与稀土离子收稿日期:2006—11—02;修订日期:2006—12—01作者简介:刘红梅(1968一),女,河北秦皇岛人,硕士研究生,讲师;研究方向:稀土配位化学*通讯联系人(E—mail:fllhmm71@sohu.eom)增刊刘红梅等稀土金属配合物发光性能研究进展及应用受激态能级之间的匹配程度。
胡继明等[9]根据文献实验总结出部分稀土离子配合物发光过程的一些原则:(1)配体的三重态能级必须高于稀土离子的受激态能级才能发生能量传递;(2)配体的三重态能级远高于稀土离子的最低发射能级时,也不能进行能量的有效传递;(3)若两者能量差值太小,配体三重态热去活化率大于稀土离子的能量传递效率,致使荧光效率发射减弱。
2光致发光稀土配合物的配体图2给出有机配体电子跃迁[10]示意图。
各电子能级高低顺序为:8<JI<n<JI。
<8’。
它们的跃迁类型有3种:(1)8—8。
跃迁。
此类跃迁的吸收波长小于150 nm。
由于这种跃迁所需能量较高,因此艿电子不易被激发。
(2)n—JI’跃迁。
此类跃迁主要是有机化合物分子中杂原子上未成键P电子的电子跃迁,这种跃迁的吸光度较小,一般e<100,处于R区。
(3)JI—JI。
跃迁。
此跃迁主要为不饱和双键(如>C=C<)上JI电子的跃迁。
这种跃迁在所有有机化合物中的吸光度最大,一般£>104,处于K区。
因此大多数光致发光稀土配合物均属于这一类。
已研究过的稀土光致发光配合物的配体主要有:各种类型的p.二酮:直链的、具有吡酮环的和环状的;芳香环化合物:芳香羧酸、稠环芳烃及其衍生物;杂环化合物中有联吡啶(Dipy)、邻菲罗啉(phen) 及其衍生物、8.羟基喹啉和吲哚等衍生物;中性配体有三苯基氧膦(TPPO)、二烷基亚砜、吡啶氮氧化物;大环类有大环聚醚、大环多酮、卟啉类、酞菁类和多烯化合物、聚酰胺以及聚醚醚酮等。
3稀土配合物发光的研究进展稀土金属离子具有发光量子产率高、谱带尖锐的优良光性能引起了各国学者的极大兴趣。
早在40年代,美国的Weissman开始涉足稀土离子与有机配体的荧光性能及其分子内能量传递。
在这20年后由于激光光谱的出现,人们对有关稀土化合物的光谱和光物理行为相继开展研究工作[1卜”]。
Crosby[143在1966年发表了有关稀土有机配合物发光现象的综述;Sinha[15]在1971年发表了有关稀土螯合物的发光和激光行为的综述;1984年,Hor—rock和Albin[16’17]发表了关于配位化学和生物化学领域的稀土发光现象的综述,并阐述了其在生物分子领域中的应用。
在国内,苏锵[18|,李文连[1 9|,杨燕生[驯,苏庆德[21|,王林同[引,袁晓玲[231等分别从不同的角度给出过稀土配合物发光及其应用的综述。
3.1稀土有机羧酸类配合物的发光研究随着生命科学日新月异的发展,蛋白质氨基酸与稀土相互作用成为人们所关注的问题。
a.氨基酸具有重要的生理作用,稀土元素则有其独特的物理化学性质,因此稀土氨基酸固体配体物的研究,既具有理论意义又具有实用价值,其合成和性质研究在国内外已有许多报道幽'253,其应用研究也日益增多。
而与稀土氨基酸配合物具有相似之处的稀土有机羧酸(主要是含芳香环)类配合物,因其对稀土生物大分子结构探测、抑菌作用‰]等功能研究有着直接的指导作用,其发光也成为人们研究的重点。
到目前为止,人们已经合成了多种稀土氨基酸配合物,涉及的氨基酸达18种。
12 中国稀土学报24卷羧酸类的配体一般为芳香羧酸,如邻苯二甲酸、水杨酸等。
由于芳香环具有较大的共轭的刚性平面,以及它可以通过羧基氧与稀土离子配位,因而形成的稀土配合物具有较好的发光性及稳定性。
羧酸类的配合物当加入其他不发光稀土离子时也有共荧光效应。
3.2稀土p.二酮类配合物的发光研究8一二酮是目前研究比较广泛的配体,它与稀土离子有很强的配位能力及对光的高的吸收系数,因此作为稀土离子跃迁的优良配体。
在稀土一B一二酮配合物中存在配体到中心离子(特别是到Eu3+,%3+等离子)的高效能量传递,从而这类配合物具有很高的发光效率。
且由B一二酮和另一配体与稀土离子形成的三元配合物较二元配合物具有更高的发光效率。
因此,自60年代以来,稀土.p.二酮类配合物一直是人们研究稀土有机配合物发光和能量传递过程的重要对象[27,2s]。
B一二酮与镧系离子形成稳定的六元环,直接吸收光并有效地传递能量。
p.二酮与稀土离子配合物的通式表示为式中RE为Eu3+,%3+等稀土离子。
取代基R的特性对稀土离子发光有重要影响。
R。
为强电子给予体时,发光效率明显提高。
并有噻吩>萘>苯> CH,的影响次序。
R2为一CF,基团时敏化效果最强,原因在于F的电负性高,可导致金属.氧键成为离子键。
因而一些含一CF,基团的脂肪烃类p.二酮也可螯合稀土离子而发光。
几种p.二酮的名称和结构式列于表1。
3.3稀土超分子配合物的发光研究多核镧系配合物和穴状镧系配合物,即人们所谓的发光镧系超分子(配体间通过静电、氢键和分子间力等作用形成了特殊的配位环境的一类镧系配合物),是目前配合物光化学的前沿课题。
发光镧系超分子将镧系离子激发态能级跃迁的优点和配体宽吸收带有效传能的特点结合起来,从而成为理想的发光体。
近年来,以联吡啶(或邻菲咯啉)作为结构单元的配位色团,建构包含多个联吡啶(或邻菲咯啉)的穴状配体,配位能力适中,色团在紫外区具有强吸收,且能有效地传递能量,是优良的Anten.na效应配体。
并且人们发现芳香氮氧化物能有效地敏化镧系离子发光。
镧系多联吡啶氧化物穴状超分子结构,不仅发光效率高,而且氮氧基团的存在使这类超分子可用于生物工程应用研究中[29’303。
3.4稀土有机高(大)分子配合物的发光研究稀土离子发光量子产率高、谱带尖锐,作为激光光源工作物质,其有机高分子配合物的发光研究一直经久不衰。
80年代初,美国纽约大学的Okamoto教授[31]较早地发表了这方面的文章。
近年来作为功能材料以及在生物、医学、聚合物的结构形态及分子间(内)的能量传递等方面的应用,稀土.聚合物(大分子)体系研究更是愈来愈引起化学家、材料学家的重视。
稀土有机高分子配合物的制备方法主要有以下途径[32]:(1)稀土与高分子链上含有配位基的高分子配体配位。
此类配位基主要有B一二酮、羧酸、磺酸、卟啉、吡啶、冠醚基及穴醚基等。
配位基与稀土形成新配位体,配位体再进行自聚合或加入另外的单体进行共聚合,从而得到均聚高分子和共聚高分子;(2)将均聚或共聚高分子溶于溶剂中,加入相应的稀土化合物,利用稀土离子的配位能力和离子键合能力,在一定条件下制得含稀土的均聚或共聚物。
Okamoto等发现以上两种方法得到的均聚物体系的荧光性能均随稀土离子含量的增加而呈线性增长。
增刊刘红梅等稀土金属配合物发光性能研究进展及应用13 此外,还有多核稀土配合物、稀土大环混配型配合物、无机,有机稀土配合物杂化等方向的稀土发光研究,使稀土配合物的发光研究达到很广的范围。
4稀土配合物发光的应用由于稀土配合物荧光具有Stokes位移大、发射现状光谱、激发和发射波长理想、荧光寿命长、荧光稳定、受外界影响小等特性,使其在实际应用中有重要而且广泛的价值,尤其是具有优良发光特性的Eu3+,Tb3+。
以下概括总结发光稀土配合物的几个方面应用。
4.1稀土功能材料近年来,作为功能材料,稀土发光配合物广泛应用于各种材料方面。
4.1.1 防伪材料由三价稀土离子如Eu3+,Tb3+,Sm3+,Gd3+,Dy3+,Er3+等的p一二酮配合物与特定的树脂、传导性试剂在合适溶剂中制成流体,这种流体可作为荧光防伪材料用于光特征识别系统、防伪商标、有价证券、条形码标签、邮政及人民币的隐性标记,还可以制成发光涂料或各种显示材料等[3豇343。
4.1.2三基色荧光及彩色显示材料含稀土LIl3+,,Ib3+及Eu2+的高分子配合物在紫外光激发下可分别发出红、绿、蓝三色的荧光,可把它们制成三基色复合高分子或塑料型荧光照明灯、彩色显示器件,如可发射红、绿和蓝光的有机玻璃,用作发光的广告牌等。