Ln（La----Lu） ls22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s2
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⑵ 稀土元素的价态
其中，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。
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⑶ 稀土离子的发光特点
+3价稀土离子的发光特点
①具有f--f 跃迁的发光材料的发射光谱 呈线状，色纯度高； ②荧光寿命长；
和硫化物成为长余辉材料的主体，代表 了长余辉材料研究开发的发展趋势。
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⑴ 稀土激活的硫化物长余辉材料
硫化物长余辉材料的基质主要是锌
和碱土金属硫化物。
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稀土激活的硫化物长余辉材料的发光 颜色较为丰富，尤其是红色发光是其他基 质长余辉材料尚无法实现的。 ZnS：Eu2+ ；SrS：Eu2+, Er3+ ； Ca1-xSrxS：Eu2+, Dy3+, Er3+
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③由于4f轨道处于内层，材料的发光 颜色基本不随基质的不同而改变；
④光谱形状很少随温度而变，温度猝
灭小，浓度猝灭小。
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在+3价稀土离子中，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。
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从Ce3+到Yb3+，电子依次填充在4f轨 道，从f 1 到 f 13，其电子层中都具有未成
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这时，基质晶格M吸收激发能，传递
给搀杂离子，使其上升到激发态，它返回 基态时可能有以下三种途径：
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①以热的形式把激发能量释放给邻近的晶
格，称为“无辐射弛豫”，也叫荧光猝灭；
②以辐射形式释放激发能量，称 “发光”
；
13
③S将激发能传递给A，即S吸收的全部 或部分激发能由A产生发射而释放出来，这 种现象称为“敏化发光”，A称为激活剂，S 通常被称为A的敏化剂。
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⑵ 稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料
稀土激活的碱土铝酸盐长余辉材料是指 以碱土金属 (主要是Sr、Ca) 铝酸盐为基质， Eu2+为激活剂，Dy3+和Nd3+等中重稀土的离
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低压汞放电主要产生254nm和185nm紫 外辐射，可见光辐射很微弱； 在高压汞灯中，原子密度高，原子间相
互作用大，造成所谓压力加宽、碰撞加宽等
现象，以致汞在可见光区的特征谱线
404.9mn(紫)、435.8nm(蓝)、546.1nm(绿)、
577.0～579.Onm(黄)等非常明显。
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在高压汞灯的可见光辐射中，红光成分 太少，仅占总可见辐射的1％，与日光中的 红光比例(约12％)相差甚远。
辐射的光能取决于电子跃迁前后所在 能带(或能级)之间的能量差值。
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在去激发跃迁过程中，电子也可能将一 部分能量转移给其它原子，这时电子辐射的 光能小于跃迁前后电子所在能带(或能级)的
能量差。
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⑵ 发光过程
固体发光的物理过程示意图如下：
其中，M表示基质晶格； A和S为搀杂离子； 并假设基质晶格M的吸收不产生辐射。
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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+。
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Tb3+是常见的绿色发光材料的激
活离子。
另外，Pr3+、Nd3+、Ho3+、Er3+、 Tm3+、Y3+可作为上转换材料的激活剂
或敏化剂。
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可以通过选择基质的化学组成，添加适 当的阳离子或阴离子，改变晶场对Eu2+的影 响，制备出特定波长的新型荧光体，提高荧 光体的发光效率，故这类发光材料具有广泛

即：“荧光” 指的是激发时的发光
，而“磷光”指的是发光在激发停止后 ，可以持续一段时间。
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2. 稀土的电子层结构和光谱学性质
发光的本质是能量的转换，稀土之所 以具有优异的发光性能，就在于它具有优 异的能量转换功能，而这又是由其特殊的
电子层结构决定的。
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⑴ 稀土元素基态原子的电于层构型
Sc ls22s22p63s23p63d14s2 Y ls22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
3
发光是一种宏观现象，但它和晶 体内部的缺陷结构、能带结构、能量
传递、载流子迁移等微观性质和过程
密切相关。
4
⑴ 固体发光与晶体内部结构
晶体中的能带有价带、导带、禁带。 但是，在实际晶体中，可能存在杂质原 子或晶格缺陷，局部地破坏了晶体内部的规 则排列，从而产生一些特殊的能级，称为缺 陷能级。
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作为发光材料的晶体，往往有目的 地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级， 它们对晶体的发光起着关键作用。
显著的优点，例如，不受灯丝熔点的限制；
辐射光谱可以选择；发光效率远远超过热辐 射光源；寿命长，可达几万小时；而且在使 用寿命期间光输出的维持性能好。
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⑵ 气体放电和气体放电光源
在特定条件下(例如强电场，光辐射、粒 子轰击和高温加热等)，气体分子将发生电离 ，产生可自由移动的带电粒子，在电场作用 下形成电流。这种电流通过气体的现象称为 气体放电。
，烘干。
在850～900℃加热，使之分解为 (Y,
Eu)2O3的混合物。
将混合物臵于坩埚中，在1250～
1300℃下灼烧3～5h，经选粉、过筛，得成
品。
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⑸ 高压汞灯
高压汞灯是最早的高压气体放电光源。 低压汞灯中汞蒸气压极小，不足133Pa；
而高压汞灯的汞蒸气压为低压汞灯的数
千倍，普通高压汞灯的蒸气压大约在0.2～ 1MPa。
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发光是去激发的一种方式。晶体中电 子的被激发和去激发互为逆过程。
被激发和去激发可能在价带、导带和
缺陷能级中任意两个之间进行。
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被激发和去激发发生的过程如下：
①价带与导带之间；
②价带与缺陷能级之间； ③缺陷能级与导带之间； ④两个不同能量的缺陷能级之间。
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电子在去激发跃迁过程中，将所吸收
的能量释放出来，转换成光辐射。
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三种成分按一定比例混合，可以制 成色温为2500～6500K的任意光色的荧
光灯，光效达80lm/w以上，平均显色指
数达85。
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红色荧光粉的制备
将Y2O3和Eu2O3按一定比例混合
后溶于6mol/L盐酸，滤去不溶物，加 热近沸，以温度约95℃的15％草酸进
行沉淀。
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热渍2～3h后过滤，洗涤沉淀至近中性
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。
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非正常价态稀土离子的光谱特性 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。
①+2价态稀土离子的光谱特性 ② +4价态稀土离子的光谱特性
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①+2价态稀土离子的光谱特性
峰在430nm附近。
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⑷ 稀土发光材料的分类
①稀土离子作为激活剂 在基质中，作为发光中心而掺入的
离子称为激活剂。
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以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土
发光材料中的最主要的一类，根据基质材料
的不同又可分为两种情况：
材料基质为稀土化合物； 如Y2O3 ：Eu3+；
材料基质为非稀土化合物；
如SrAl2O4：Eu2+。
的卤磷酸钙荧光粉(卤粉)，其量子效率较
高，稳定性好，原料易得，价格便宜，而 且可以通过调整配方比例获得冷白、暖白 和日光色的输出，这些突出的优点使它一 直沿用至今。
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汞灯发光原理（发光效率和显色性差）
电子轰击Hg使其激发→受激Hg放出紫外 线(25.07nm, 185nm) →紫外线使Sb3+, Mn2+ 激 发→处于激发态的Sb3+和Mn2+返回基态时发 出光 (Sb3+为490nm, Mn2+为185nm)，二者的
的应用。
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② 稀土化合物作为基质材料
常见的可作为基质材料的稀土化合物
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)。
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⑸ 三基色原理
①将适当选择的三种基色(红、
绿、蓝
)按不同比例合成，可引
起不同的彩色感觉；
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②合成的彩色光的亮度决定于三
+2价态稀土离子(RE2+)有两种电子层构
型：4 f n-15 d1和4f n。 4fn-15dl构型的特点是5d轨道裸露于外 层，受外部场的影响显著。
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4fn-15dl →4fn (即d--f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。 与RE3+相比，RE2+的激发态能级间隔被
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在电离气体中，存在着各种中性粒子 和带电粒子，它们之间存在着复杂的相互 作用，带电粒子不断地从电场中获得能量
，并通过各种相互作用把能量传递给其他
粒子。
当这些激发粒子自发返回基态时，发
出电磁辐射。
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此外，电离气体中正、负粒子的复合
，带电粒子在离子场中的减速，也都会产
生辐射。
因而，气体放电总是伴随着辐射效应
因此，高压汞灯的光色显蓝绿，显色指
数低，仅为25，被照物体不能很好地呈现原