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1、精选优质文档-倾情为你奉上不同稀土对发光性能的影响1、镧系元素的价态 稀土元素的最外层5d、6s电子构型基本相同，在化学反应中易于在5d、6s或4f亚层失去3个电子成为+3价态离子。根据Hund规则，对于同一电子亚层，当电子分布为全充满、半充满和全空时，电子云的分布呈球形，原子或离子体系比较稳定。在Eu3+之后Ce3+比4f0多1个电子，Gd3+之后Tb3+比4f7多1个电子，它们有进一步被氧化成+4价态的倾向。而在Gd3+之前的Eu3+比4f7少1个电子，Lu3+之前的Yb3+比4f14少1个电子,它们有获得电子而被还原为+2价态的趋势。非正常价态稀土离子的激发态构成与相应的三价稀土离子完全
2、不同，光谱特性，尤其是光谱结构将发生显著变化。镧系元素的价态示意图横坐标为原子序数，纵坐标线的长短表示价态变化倾向的相对大小。稀土发光材料及其应用 李建宇稀土发光材料 张希艳2、稀土离子的发光特点+3价：具有f-f跃迁的发光材料的发射光谱呈线状，色纯度高；荧光寿命长；由于4f轨道处于内层，很少受到外界环境的影响，材料的发光颜色基本不随基质的不同而改变；光谱形状很少随温度而变，温度猝灭小，浓度猝灭小。在+3价态稀土离子中，Y3+和La3+无4f电子，Lu3+的4f亚层为全充满的，都具有密闭的壳层，因此它们属于光学惰性的，适用于作基质材料。从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨道，从f1到f1
3、3，其电子层中都具有未成对电子，其跃迁可产生发光，这些离子适于作为发光材料的激活离子。+2价：+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构型：4fn-15d1和4fn。4fn-15d1构型的特点是5d轨道裸露于外层，受外部场的影响显著，4fn-15d14fn（即df跃迁）的跃迁发射呈宽带，强度较高，荧光寿命短，发射光谱随基质组成、结构的改变而发生明显变化。RE2+的4fn内层电子构型的f电子数目和与其相邻的下一个+3价稀土离子(RE3+)相同，例如，Sm2+和Eu3+均为4f6,Eu2+和Gd3+均为Lu4f7。Yb2+和Lu3+同为4f14。但与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被压缩，最
4、低激发态能量降低，谱线红移。+4价：+4价态稀土离子和与其相邻的前一个+3价稀土离子具有相同的4f电子数目，例如，Ce4+和La3+,Pr4+和Ce3+,Tb4+和Gd3+等。它们的电荷迁移带能量较低，吸收峰往往移到可见光区，如Ce4+与Ce3+的混价电荷迁移跃迁形成的吸收峰已延伸到450nm，Tb4+的吸收峰在430nm附近。价态的变化是引发、调节和转换材料功能特性的重要因素，发光材料的某些功能往往可通过稀土价态的改变来实现，例如，稀土三基色荧光材料中的蓝光发射是由低价稀土离子Eu2+产生的。稀土发光材料及其应用 李建宇稀土发光材料 张希艳3、稀土发光材料的分类按发光材料中稀土的作用分类：1
5、） 稀土离子作为激活剂：在基质中作为发光中心而搀入的离子称为激活剂。根据基质材料的不同：材料基质为稀土化合物，如Y2O3：Eu3+材料的基质为非稀土化合物，如SrAlO4:Eu2+可以作为激活剂的稀土离子主要是Gd3+两侧的Sm3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、Dy3+，其中应用最多的是Eu3+和Tb3+。另外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+可作为上转换材料的激活剂或敏化剂。2） 稀土化合物作为基质材料常见的有Y2O3、La2O3和Gd2O3等。也可以稀土与过渡元素共同构成的化合物作为基质材料（如YVO4）。稀土发光材料及其应用 李建宇4、三基色原理及三基色光分别
6、所对应的具体波长三基色原理的基本内容：将适当选择的3种基色（如红、绿、蓝）按不同比例合成，可以引起不同的彩色感觉；合成的彩色光的亮度决定于三基色亮度之和，其色度决定于三基色成分的比例；3种基色彼此独立，任一种基色不能由其他两种基色配出。人眼的视网膜对红、绿、蓝三色光的灵敏度较高，其三色视觉灵敏度曲线如图所示，图中虚线为人眼视觉函数曲线分别为人眼对红、绿、蓝色光的响应曲线，3条曲线互相交错，若某一波长的光处于两条或三条曲线之下，它可同时刺激人眼的两种或3种光敏细胞，大脑即产生几种刺激之和的颜色感觉。人眼对三色光的响应曲线若两组光谱成分不同的光使人眼对它们的综合感觉相同，则主观彩色感觉（包括亮度和
7、色度）就相同。色觉实验研究证明，自然界中几乎所有彩色都可由三基色组成。利用三基色原理，可以制造各种颜色要求的荧光灯。国际照明协会（CIE）规定三基色红、绿、蓝的标称波长分别为：R：=700nmG:=546.1nmB: =435.8nm700nm是可见光区红色的末端，546.1nm和435.8nm是汞蒸气放电的两条谱线。稀土发光材料及其应用 李建宇5、激发光谱和发射光谱原理激发光谱(excitation spectrum )：是指发光材料在以不同波长光的激发下，该材料的某一发光谱线和谱带的强度或发光效率与激发光波长的关系。根据激发光谱可以确定激发该发光材料使其发光所需的激发光波长范围，并可以确定
8、某发光谱线强度最大时最佳的激发光波长。在激发光谱中，横坐标的波长是指激发光的波长；（激发光谱是反映某物质在不同波长光激发下的发光情况的，纵坐标值越高，说明发光越强，能量也越高）。发射光谱(emission spectrum)：是指发光材料在某一特定波长光的激发下，所发射的不同波长光的强度或能量分布。许多发光材料的发射光谱是连续谱带，但它常常由一个或可分解成几个峰状的曲线所组成。这些峰所对应的波长称为峰值波长。它用来描述荧光所含的主要颜色。而有一些发光材料的发射光谱比较窄，称为窄带，甚至成为谱线，如稀土激活的发光材料常常发出很窄的谱带。这种发射光谱如果以发射光的能量分布来作图称为光谱能量分布图（
9、Spectral energy distribution, SED）。实用发光材料 余宪恩6、不同的掺杂元素所对应的波段和对应的能级跃迁之间的关系6.1氟化物：Ce3+: Ce3+离子在紫外区域存在电偶极允许的4f5d跃迁，因而具有非常强的吸收。Tb3+:以Tb3+离子作为激活剂，Ce3+向Tb3+的能量转移过程，随着Tb3+含量的增加，能量传递效率单调增加，最高值可达81%。掺入不同的稀土离子，玻璃陶瓷在紫外光激发下出现不同颜色的发光：未掺杂稀土时，发蓝光（对应于Ce3+:5d4f跃迁）；掺杂Eu3+时，发出明亮的红光（对应于Eu3+:5D04F0,1,2,3,4跃迁）；掺杂Tb3+时，发出
10、明亮的蓝光（对应于Tb3+:5D44F6,5,4,3跃迁）；掺杂Dy3+时，发出明亮的白光（对应于Dy3+:4F9/26H15/2,13/2,11/2跃迁）。2010中国光学可用于紫外激发白光LED的CeF3基透明玻璃陶瓷 王元生 陈大钦Eu3+：在激发光谱上可以观察到Eu3+离子的特征跃迁峰，发射光谱峰值为395nm，源于Eu3+离子的7F05L6跃迁。在发射光谱中，位于560nm-720nm之间的一系列尖锐的发射峰，这些发射峰是Eu3+离子的5D0激发态能级向7Fj（j=0-4）能级的跃迁引起的。Eu2+：在253.7nm紫外线激发下发出峰值波长为368nm，半宽度20nm，从350-40
11、0nm的紫外光。主要用于治疗用紫外荧光灯和制造A波段荧光灯或者坐有机荧光材料的激发光源。Gd3+:在253.7nm紫外线激发下发出峰值波长312nm的窄带光谱紫外光。主要用于保健灯和特殊用途紫外灯光源。Yb3+,Er3+：在970nm红外线激发下发出高亮度的绿色荧光，峰值波长545nm，绿峰和红峰强度比为6.0.6.2硫化物：Tb3+:发光强度和发光光谱随Tb3+浓度变化而变更。在较低Tb3+离子浓度下，发光的颜色是蓝色的，其峰值波长416-418nm；当Tb3+离子浓度较高时，发光的颜色是黄绿色的，其峰值波长520-550nm；中间适当浓度时，发光色为白色，主要峰值波长有418nm和540n
12、m。用作飞点扫描显示管和黑白投影电视用荧光粉。实用发光材料 余宪恩 Eu3+，Sm3+：发出的峰值波长为590nm的红橙色荧光。 Sm3+：在Co60 r射线辐照后，加热发出荧光，发射光谱的主峰波长600nm，在热释光曲线上，于420k处出现峰值。 稀土：在电场作用下发出荧光，如：ZnS:Nd,Na发出橙红色荧光；ZnS:Ho,Li发出绿色荧光；ZnS:Er,Li发出绿色荧光；ZnS:Tm,Li发出蓝色荧光；ZnS:Tb,Li发出绿色和蓝色荧光；Eu2+发出绿色荧光，峰值波长550nm;Ce,Li发出蓝绿色荧光，峰值波长480nm。6.3氧化物：Eu3+：激发光谱最强峰位于613nm，443纳
13、米的宽带发射是由于ZnGa2O4主晶格的发射，发射光谱受5D07Fj(j=0,1,2,3,4)跃迁控制，属于Eu3+的5D07F2超灵敏跃迁。发出红光。Synthesis and photoluminescence of Eu3+-doped ZnOGa2O3SiO2nano-glass-ceramicsCo2+:发射光谱的最强锋为689nm，属于4T1（4P）4A2（4F）跃迁。宽吸收带约为1540nm，属于4A1（4F）4T1（4F）跃迁。Tb3+:是常见的绿色发光材料的激活离子，Tb3+离子的最大发射峰位于545nm，其发射主要源自5D47Fj(j=0,1,2,3,4,5,6)跃迁，Tb
14、3+离子也有5D37Fj蓝光或紫外发射。稀土发光材料及其应用，李建宇最大发射峰为548nm,属于5D47Fj(j=3,4,5,6)跃迁，一个宽带有两个峰245nm和260nm,在260nm属于4f84f75d1跃迁，245nm峰属于4f8组态的能量水平的跃迁。发绿光。Low-temperature synthesis of nanocrystallineZnGa2O4:Tb3+ phosphors via the Pechini methodSm3+：以TiO2为晶核剂的ZnO-A12O3- SiO2系微晶玻璃Sm3+离子564nm、679nm、788nm的发射峰分别对应于它的4G5/26H5
15、/2、4G5/26H11/2、4G5/26H13/2跃迁。基质玻璃的发射峰最弱，微晶玻璃在788nm处的发射峰最强，在564nm、679nm处发射峰较弱，玻璃的热处理度和时间不会影响Sm3+的特征谱线波长，但对发光强度影响显著。微晶玻璃中Zn2SiO4和ZnA12O4晶相的存在可以有效地提高其光谱谱线强度。以ZrO2为晶核剂的微晶玻璃，在600nm处的发射峰最强，在679nm处的发射峰最弱。以P2O5为晶核剂的微晶玻璃，在788nm处的发射峰最强，属于4G5/26H13/2跃迁，在648nm处的发射峰最弱，属于4G5/26H9/2跃迁。Sm3+掺杂ZnO-A12O3- SiO2系微晶玻璃的制备
16、和表征，吴萍在372nm紫外光激发下，在白光区域内，发现强烈的蓝光宽带发光(400-46Onm)和红光发光(574nm，587nm，611nm，650nm和700nm)，该发光带与Eu2+的4f65d4f7能级跃迁以及Eu3+的5DO7FJ (J=0，1,2，3，4)能级跃迁相对应，Eu2+/Eu3+掺杂SiO2-A12O3-ZnO-K2CO3系微晶玻璃可作为一种潜在的白光LED基质材料。Sm3+掺杂ZnO-A12O3- SiO2系微晶玻璃的制备和表征，吴萍Nd3+:发光中心在885nln、IO64nm、1337nm处，分别对应于4F3/24I9/2、4F3/24I11/2、4F3/24I13
17、/2跃迁。在1O30nm-1130nm波长范围内发光最强，其中IO65nln的发光作为激光材料来说是最具应用价值的。荧光峰值越高，激光强度也就越大。表明掺杂Nd203的ZAS透明玻璃陶瓷有望成为理想的大功率激光材料。实用发光材料 余宪恩Sm3+：其特征发射处于橙红色光区。包括从4G5/26H5/2和4G5/26Hj(j5/2)能级的跃迁，因此在实现白光LED的暖色化方面有着积极意义，已经发现，掺杂了稀土离子Sm3+，以CaMgSi2O6为主晶相的微晶玻璃能够在紫外光的激发下发射出红光，并且发光强度相对于未经晶化处理的玻璃有显著提高5。Tb3+激活的透辉石微晶玻璃经Sm3+掺杂后发出具有低色温的
18、白光，在白光LED用荧光材料方面有潜在应用6。5程金树,田培静.钐离子掺杂CaO-MgO-SiO2系微晶玻璃的制备及其发光特性J.硅酸盐学报,2008,36(7):1017-1021.6程金树,田培静. Sm3+,Tb3+掺杂透辉石微晶玻璃结构与光谱分析J.武汉理工大学学报, 2009,31(4):95-97.Eu2+/Sm3+：其400-500nm宽发射带属于Eu2+的4f65d14f7跃迁，在563nm,600nm,646nm，713nm处是尖锐的发射峰，属于Sm3+的4f4f跃迁，玻璃陶瓷的发光性能随Eu2+/Sm3+比例的不同而不同。调整比例可以发出白光。Eu2+/Sm3+共掺的SrS
19、iO3透明玻璃可作为潜在的基质材料用于紫外发光二级管的白光LED。Eu2+/Sm3+ ions co-doped white light luminescence SrSiO3 glass-ceramics phosphor for White LEDCo2+: Co2+离子掺杂La2O3-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷，MgAl2O4晶体相的大小为9.11.5nm。三个可见的吸收带为549nm，585nm,626nm，分别属于4A22A1/2T2(2G), 4A24T1(4P), 4A22E/2T1(2G)跃迁。最大发射峰位于666nm，在10-150K发光性能增强，在150-300K发光性能降低。Spectroscopic properties of Co2+ ions in La2O3-MgO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics专心-专注-专业