探讨稀土在纳米发光材料中的应用

Ｚ ２ｉ Ｍｎ＋ ｎＳ ： 。纳米微晶薄膜 中观察到的 Ｍｎ＋ Ｏ 。荧光 寿 命缩短 ， 其发 光寿 命缩 短 了 ５个量 级 。 ］ １ ２２ 红 外 吸收带 宽化 ．． 纳米 粒子 的 比表 面大 ， 致平均 配 位数 下降 ， 导 不 饱 和键和 悬键 增多 。 以 ， 所 存在 一个 较宽 的键 振动 模 分 布 ， 红外 光场作 用下 ， 们对红 外 吸收 的频率 存 在 它 在 一 个较 宽 的分 布 ， 导致 了纳 米粒 子 红 外 吸收 带 的 宽化。 １ ２３ 光谱 发生红 移或 蓝移 ．． 因为 在粒 径 得到 减 小 的 同 时 ， 粒 的 内应 力 增 颗 加 ， 带结 构 发 生变 化 ， 致 电子 波 函 数重 叠 加 大 ， 能 导 带隙、 能级 间距变 窄 ， 以纳 米发 光材料 的光 激发 光 所 谱和发射光谱有时会被观察到呈现红移现象 。电子 便 由低 能级 向高 能级及 半导体 电子 由价 带 到导带 跃 迁 引起 的光 吸收带 和 吸收边 发生 红移［ 引。 １ ２ ４ 浓度 猝灭 ．． 例 如 ： 米 Ｙ２ ： ｕ （ ０ ｍ） Ｅ 。 的临界 浓 纳 Ｏ３Ｅ 。 ２ ｎ 中 ｕ＋ 度为 ８ ｌ ， ｍｏ 比微 米 Ｙ。 ： ｕ 的激 活剂 临界 浓 度 Ｏ。Ｅ 。 高 ， 现象 说 明纳 米 Ｙ。 ： ｕ＋ 此 Ｏ。Ｅ 。颗粒 间大 的界 面 降 低了 能量传 递速率 ， 少 了传递 给猝灭 中心的 能量 。 减
和研 究 ， 土 的应用 范 围必将 在 其他领 域 得到 推广 。 稀
器 。 米 ＮｄＯ。 纳 。 的光学 特性 使ＹＡＧ： Ｎｄ激 光器 具有 较大的受激辐射面积 ， 激发效率高 ， 输出功率大 。
２ ４ 医疗 用 ．
因此， 我国而言， 对 充分 利 用 我 国稀 土 资 源 的优 势 ， 大 力开 展纳 米 稀 土发 光 材 料 的研 究 与 应 用开 发 ， 并
例如： 纳米 Ｃ Ｏ 有宽带强吸收能力 ， ｅ。 却几乎不 吸 收可 见光 。因此 ， 在玻 璃 中掺入 纳 米 Ｃ Ｏ。 ｅ 可使 玻 璃 在具 有 防紫 外线 功 能的 同时 不影 响其 透光 性 。此 外， 纳米 Ｃ Ｏ。 常 用于 吸 收荧 光灯管 中１ ５ｍ 的短 ｅ 还 ８ｎ 波紫外线 ， 以提高灯管寿命［。 ６ ］
２ ２
内 蒙古石 油４ ｒ Ｌ－ － －
２ １ 年第 ２ 期 ０１ ０
探 讨 稀 土 在 纳 米 发 光材 料 中 的应 用
晏 顺根
（ 内蒙古科技大 学 ， 内蒙古 包头 ０４１） １０ ０
摘 要： 目前 ， 米稀 土发光 材料 因其优 异 的先 学性能被 广泛应 用于 日常生 活 的各 个 领域 。本 文 以 纳 纳 米 稀土发 光 材料 的概 述 为首 ， 绍 了其涵义 、 能特 点及 优 点 ； 介 性 然后 列举 了稀土 在纳 米 发光 材料 中 的 主 要应 用 ； 最后 ， 本文 对纳 米稀 土发光 材料未 来 的发展 趋 势进 行 了展 望 。 关键 词 ： 土 ； 米发光 材料 ； 用 ； 望 稀 纳 应 展 中图分 类号 ： ３３ ＴＢ ８ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ６ ７ ８ （Ｏ １２ 一ｏ ２一 ｏ １０－ ９１２ ｌ ）０ ０２ ２
２ １ 显 示 用 ．
主要 应用于 ： 电视机 、 示波器 、 雷达及计算机等 各类荧光屏和显示器 。 例如 ： 稀土红色荧光粉Ｙ Ｏ ： 。。 Ｅ ｕ和 Ｙ。 Ｓ： ｕ可用 于 彩 色 电视 机 荧光 屏 ， 彩 电 Ｏ。 Ｅ 使 的亮度更高 。红色荧光粉是利用 Ｅ 。作为激活剂 ， ｕ＋ Ｙ。 ｓ等 为 基体 ， 质 量决 定 了彩 色 电视 和 稀 土三 Ｏ。 其 基色节 能 灯 的质 量 ， Ｙ、 ｕ价格 昂贵 。 但 Ｅ 由于 纳米 荧 光 粉 的 比表 面 积增 大 ， 光 颗粒 数增 加 ， 而 可减 少 发 从 稀 土 三 基 色 荧 光 粉 的用 量 ， 降低 成 本 。将 粒 径 小 于 ４ｎ 的 稀 土 纳 米 氧 化 物 涂 在 投 影 屏 上 ， 增 大 视 ０ｍ 可 场 角 到 接 近 １０， ８ 。视屏 清 晰且 亮 度 不减 ， 色鲜 艳 ， 颜 可应 用于 背 投彩 电显示 屏 。
（） １ 荧光寿命延长
处于从纳秒到毫秒级的范围； ④大多发射光谱呈线
收稿 日期 ：０ １ ８ ８ ２ １ 一Ｏ —１
作 者 简 介 ： Ｊ ， ， 蒙 古科 技 大 学 ， 究 方 向 ： 土 工 程 专 业 。 晏 顷根 男 内 研 稀
２１ 年第２ 期 ０１ ｏ
晏顺根 探讨稀土在纳米发光材料中 的应用
结合纳米技术研制出创新性稀土发光新材料是一种 机遇 和挑 战 。
［ 考文 献 ］ 参 张希 艳 ， 利 平 等． 土 发 光材 料 ［ ］ 北 京 ： 卢 稀 Ｍ ．
国 防工业 出版 社 ，０ ５ １ ． ２ ０ ． ～６
用它制成的荧光粉层是一种透 明、 非散射的发光层 ， 可用来 研 制 电致 发光 和 可塑 性光 源 。 以 ， 医学 光 所 在 学 成 像 方 面 ， 种 荧光 粉 将 是 一 种非 常有 发 展 潜 力 这 的发 光材 料 。 ３ 稀 土 纳米 发光 材 料 的未来 发 展趋势 如 上 所 述 ， 年 来稀 土 纳 米 发 光 材 料 日益 受 到 近 人 们的 重视 ， 已被 应 用于 许多 高科 技功 能 材料 ， 并 具 有 广 阔 的应 用 前景 ， 其未 来 发 展 趋 势 可 概括 为 以下 几方 面 ：
高 显 色 指 数 的 Ｌ Ｄ及 体 积很 小 的微 片式 Ｌ Ｄ Ｅ Ｅ 将 开 辟 一 个 Ｌ Ｄ 在 医疗 器械 方 面 的应 用 领 域 。 目 Ｅ 前， 日本已投资研制出体积很小的内窥镜、 医生照明 用 的 头灯 和无 影 手术 灯 等器 械 。 外 ， 过 对纳 米 级 此 通 荧 光 粉 的 研 究 发 现 ， ～ １ｎ 的发 光 粒 子 非 常 小 ， ２ ０ｍ
２２ 发 光 用 ．
行深 层次 的探 索 。 要进 一 步 探 索颗 粒 尺 寸 对 光学 性 能 的影 响 ， 微 结构 变化 与荧 光特 性 、 掺杂 离子 类别 、 基质 材料 的 组 态等。 必须 解决 如何 提高 纳米 发光 材料 的稳 定性 及 发 光 亮度 问题 。 ３ ２ 应 用发展 ．
粉 末 材 料 （ 相 比， 溶 胶 提 拉 法 制 备 的 ２ ｍ） 用
１ 纳米 稀土 发光 材料 概述
１ １ 基 本 涵 义 ．
１ １１ 稀土 元 素 。 土元 素是指 镧 系元素 加上 同属 ． ． 稀 周期 表 中 ⅢＢ族 的钪 和 钇共 １ 种 元 素 ， 系元 素包 ７ 镧 括元 素 周期 表 中原子 序数 从５ —７ 号 的１ ７ １ ５种元 素 ， 它 们是 ： （ ａ 、 （ ｅ 、 （ ｒ 、 （ ） 钷 （ ｍ） 镧 Ｌ ） 铈 Ｃ ）镨 Ｐ ）钕 Ｎｄ 、 Ｐ 、 钐 （ ｍ） 铕 （ ｕ 、 （ ） 铽 （ ｂ 、 （ ） 钬 Ｓ 、 Ｅ ） 钆 Ｇｄ 、 Ｔ ） 镝 Ｄｙ 、 （ ）铒 （ ｒ、 （ Ｈｏ 、 Ｅ ） 铥 Ｔｍ） 镱 （ ） 镥 （ ｕ 。 、 Ｙｂ 、 Ｌ ） １ １ ２ 稀土 发 光材料 。 原 子序数 ５ ￣ ７ ．． 从 ７－ １的 １ 个 － ５ 镧 系 元 素加 上钪 和 钇 ， 们 无论 被 用 作发 光 材料 的 它 基 质 成分 ， 是 被 用 作激 活 剂 、 还 共激 活 剂 、 化剂 或 敏 掺 杂剂 的发 光材 料 ， 一般 统称为 稀土 发光 材料 ［ 。 １ ］ １ １３ 纳 米发 光材 料 。 米发 光材 料是指 颗粒 尺寸 ．． 纳 在 １ ０ ｎ 的发 光 材 料 ， 主 要包 括两 类 ： 纯 的 ～１ ０ ｍ 它 ① 和 掺 杂 离子 的纳 米半 导体 复 合 发 光材 料 ； 具有 分 ② 立 发 光 中心 ， 杂 稀 土或 过 渡 金属 离 子 的纳 米发 光 掺 材 料 。 １ ２ 纳 米稀土 发光 材料 的性 能特 点 ． 与常规微米颗粒发光材料相 比， 纳米稀土发光 材 料 颗 粒尺 度通 常 小于 激发 或发 射 光波 的波 长 ， 尺 寸 变 小 ， 比表 面积 显著 增加 ， 产生大 的表 面态 密 其 能 度 。主要性 能 特点 如下 所述 ： １２ １ 荧 光寿 命 发生变 化 ．．
２ ３
状 且温 度 猝灭 小 ； 物理 、 学性 质 比较稳 定 。 ⑤ 化 ２ 稀土 在 纳米 发 光材 料 中的 主要 应 用
在 实 际应 用 上 ， 稀 土 纳 米发 光 材 料 可 广泛 应 掺 用 于显 示 、 光 、 信 息传 递 、 发 光 Ｘ射 线影 像 、 阳能光 太 电转换 、 光 、 激 闪烁 体 等领 域 。 主要应 用如 下 所述 ： 其
２ ３ 激 光 用 ．
例 如 ： 米 ＮｄＯ。 可 见光 范 围 内具有 丰 富 的 纳 。 在
吸收 响应 ， 应用 于ＹＡＧ： （ Ａ 。Ｎｄ＋ 激 光 可 Ｎｄ Ｙｓ Ｏ ： 。 ）
纳米量级 的荧光 粉颗粒能够改善 阴极射 线管 （Ｒ ） Ｃ Ｔ 及彩色等离子显示器 （Ｄ ） Ｐ Ｐ 涂屏的均匀性 ， 可 以提 高显 示清 晰度 。 与传 统 的 Ｆ Ｄ荧 光体 相 比 ， 发 射器 件 （ Ｅ Ｅ 场 Ｆ Ｄ） 用 的 纳米 级荧 光 粉 具 有 小尺 寸 ， 以被 低压 电子 完 可 全 渗透 ， 以使 材料 得 以有效 应用 。 可 纳 米荧 光粉 的 比表面 积增 大 ， 光 颗粒数 增 加 ， 发 能 够减 少稀 土三 基色 荧光 粉 的用量 ， 低成本 ， 作 降 可 为 照 明灯和 显示 器涂 屏 的首选 材料 。 ］ 在 制 备 掺杂 稀 土 离 子纳 米 材 料 的 同时 ， 为 研 也 究 透 明复 合 材料 开 辟 了 新途 径 ， 米 粒 子 的光 散 射 纳 小， 可埋 在 无定 型透 明基 质 中 ， 未来 可 以在激 光和 放 大 器上 获得 应用 。 ４ 结 论 稀 土纳 米发 光材 料是 一类 具有 广泛 应 用前景 的 材料 ， 随着 研 究的深 入 ， 此类纳 米材 料在 未 来也将 得 到更广泛的应用 ， 势必会 引起材料工业的发展与变 革 。 国是 稀土 资源 大 国 ， 我 随着 稀土 纳米 材 料的开 发