生活中的颗粒-稀土发光材料

颗粒在线讯  乘坐地铁时，偶尔迷失方向，但在地铁站，总会看见许多发光的出口标志，小编职业好奇心顿生，这种发光的材料是什么呢？经查证，在地铁站、商场超市、商务楼等应用广泛的各种出口导引、消防安全、疏散、逃生导流标志，竟然是由稀土长余辉荧光粉制作而成的。

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稀土长余辉荧光粉是一种稀土发光材料。那么稀土发光材料是什么？须先说“稀土”，元素周期表中从镧（La）到镥（Lu）的15个镧系元素以及与它们性相近的钇（Y）和钪（Sc）总计17个元素称为稀土元素。在发光材料中加入稀土元素，由于其原子半径和自身光学电负性的特殊规律，将其作为基质成分，或者作为激活剂、敏化剂、掺杂剂等，使其在发光材料中起到独一无二的作用，这便是稀土发光材料或是稀土荧光材料。

稀土发光材料的优点包括物理和化学性能稳定、耐高温、发光谱带窄、色彩纯度高、色彩鲜艳、光转换效率高、吸收能力强、波长分布宽等。

1 稀土发光材料的发展现状

稀土发光材料主要包括三基色荧光粉、LED( Light emitting diode，发光二极管) 荧光粉和长余辉荧光粉等主要产品，其应用场景已经从普通的室内照明发展到道路照明、广场照明、景观照明、各种特殊照明等照明领域以及手机、电脑和电视等高端显示领域。

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近年来稀土发光材料产量整体上呈大幅下降趋势，国内总产量从 2010 年的近万吨降至 2019 年的 3000 t 左右，研究和产业焦点也由三基色荧光粉转移至 LED 荧光粉。自 2010 年以来，白光 LED 荧光粉的需求量保持年均 25%以上的高速增长，2019 年中国的产量约为 480 t。

2 稀土发光材料应用及分类

稀土发光材料品种多、应用广,已有品种达三百余种。已经在全球形成大工业化生产模式，而且形成多层次的消费市场。

2.1 以应用领域分类

以应用领域可大致分为 3大类：第 1类用于照明，主要是灯用稀土三基色荧光粉、白光LED用荧光粉、稀土金属卤化物发光材料等 ；第 2类用于显示,主要是阴极射线管(CRT)用荧光粉、投影管用荧光粉、等离子显示(PDP)用荧光粉、场发射显示(FED)用荧光粉等 ；第 3类特种用途,主要是稀土长余辉荧光粉、X射线增感屏用荧光粉、上转换荧光粉等。由于我国的照明光源、彩电和显示器的产量现均居世界第 1，所以我国的稀土发光材料得以蓬勃发展。

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2.2 稀土氧化物及金属分类

稀土氧化物及金属种类繁多，列举如下表所示：

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3 稀土发光材料制备方法 

目前，人们已经利用溶胶－凝胶法、固相法、喷雾热分解法和水热合成法等合成方法制备了多种不同尺寸及形貌的稀土发光材料。

3.1 溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法是在适当酸碱度的条件下，将无机盐溶于水或有机醇溶剂中形成均质溶液，并经过水解或醇解、缩合反应形成大分子网状结构的溶胶，从而得到制备荧光粉的前驱体，在高温条件下进行煅烧得到所需产物的制备方法。该方法合成稀土荧光粉的特点是：粒径较小，可达到纳米级；反应活性高，合成温度低；荧光粉粒度可控，颗粒分布均匀；工艺简单；产品纯度高；发光性能优良等。

3.2 固相法

固相法是制备稀土发光纳米材料常用的方法之一。高温固相法是在高温条件下将固体物料混合均匀，再将混合物料放在高温炉中进行灼烧，使其直接参与化学反应而得到所需产物的一种方法。这种方法合成的样品颗粒的表面缺陷少，晶体质量好，发光强度高，有利于大规模生产，但缺点是合成温度高，烧结时间长，颗粒尺寸大，粒度分布不均匀，发光效率不高等。稀土材料的性能取决于材料的晶体结构及其缺陷结构。稀土反应物颗粒越小，其比表面积越大，反应物颗粒之间的接触面积也就越大，有利于固相反应的进行。

3.3 喷雾热分解法

喷雾热分解法是将反应原料与乙醇等有机溶剂混合均匀，在适当的酸碱度条件下形成溶液或胶体，将其加入喷雾装置中，使溶液雾化成气溶胶，然后将其送入高温热分解炉中，反应物发生热分解或燃烧化学反应的制备方法。这种方法可得到疏松的球形固体颗粒，其粒度小，颗粒大小分布均匀，发光亮度高，发光性能好，但该法能耗高，能量利用率低。

3.4 水热合成法

水热合成法是在较高温度下产生的高压环境水体系中进行有关的化学反应。自从采用水热反应制备第一例稀土发光纳米材料起，水热合成法就引起了国内外的普遍重视。采用水热合成法制备的发光纳米材料颗粒尺寸小，可达数纳米。

稀土荧光粉的研究不论在照明产业还是其他领域都有着重要的意义。随着稀土荧光粉的研究不断深入，其制备工艺也在不断改进，性能也相应提高。但是传统的制备工艺还存在一些缺陷，特别是对制备一些工艺过程复杂、合成难度大的稀土荧光粉还需进一步探究。

中国已经连续多年是稀土光功能材料生产和消费第一大国，目前白光 LED 照明和显示用铝酸盐、氮化物、氟化物荧光粉等市场主流产品的制备技术和综合性能整体处于国际先进水平。随着稀土强国的崛起，我国稀土发光材料在未来必将释放出亮丽多彩的光芒,照亮全球！

参考来源：

【1】 霍知节.问稀土发光材料为何物.材料史话.2018.

【2】 王莹，等.稀土发光纳米材料的制备与应用研究进展.辽宁石油化工大学学报.2016.

【3】 高银留，等.稀土荧光粉制备方法的研究进展.材料导报.2014.

【4】 邢云虎，等.稀土发光材料发展与应用.辽宁化工.2020.

【5】 刘荣辉，等.稀土光功能材料发展现状及趋势.中国稀土学报.2021.

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