中國粉體網(wǎng)訊 乘坐地鐵時，偶爾迷失方向，但在地鐵站，總會看見許多發(fā)光的出口標(biāo)志，小編職業(yè)好奇心頓生，這種發(fā)光的材料是什么呢？經(jīng)查證，在地鐵站、商場超市、商務(wù)樓等應(yīng)用廣泛的各種出口導(dǎo)引、消防安全、疏散、逃生導(dǎo)流標(biāo)志，竟然是由稀土長余輝熒光粉制作而成的。
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稀土長余輝熒光粉是一種稀土發(fā)光材料。那么稀土發(fā)光材料是什么？須先說“稀土”，元素周期表中從鑭（La）到镥（Lu）的15個鑭系元素以及與它們性相近的釔（Y）和鈧（Sc）總計17個元素稱為稀土元素。在發(fā)光材料中加入稀土元素，由于其原子半徑和自身光學(xué)電負(fù)性的特殊規(guī)律，將其作為基質(zhì)成分，或者作為激活劑、敏化劑、摻雜劑等，使其在發(fā)光材料中起到獨(dú)一無二的作用，這便是稀土發(fā)光材料或是稀土熒光材料。
稀土發(fā)光材料的優(yōu)點(diǎn)包括物理和化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、發(fā)光譜帶窄、色彩純度高、色彩鮮艷、光轉(zhuǎn)換效率高、吸收能力強(qiáng)、波長分布寬等。
1 稀土發(fā)光材料的發(fā)展現(xiàn)狀
稀土發(fā)光材料主要包括三基色熒光粉、LED( Light emitting diode，發(fā)光二極管) 熒光粉和長余輝熒光粉等主要產(chǎn)品，其應(yīng)用場景已經(jīng)從普通的室內(nèi)照明發(fā)展到道路照明、廣場照明、景觀照明、各種特殊照明等照明領(lǐng)域以及手機(jī)、電腦和電視等高端顯示領(lǐng)域。
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近年來稀土發(fā)光材料產(chǎn)量整體上呈大幅下降趨勢，國內(nèi)總產(chǎn)量從 2010 年的近萬噸降至 2019 年的 3000 t 左右，研究和產(chǎn)業(yè)焦點(diǎn)也由三基色熒光粉轉(zhuǎn)移至 LED 熒光粉。自 2010 年以來，白光 LED 熒光粉的需求量保持年均 25%以上的高速增長，2019 年中國的產(chǎn)量約為 480 t。
2 稀土發(fā)光材料應(yīng)用及分類
稀土發(fā)光材料品種多、應(yīng)用廣,已有品種達(dá)三百余種。已經(jīng)在全球形成大工業(yè)化生產(chǎn)模式，而且形成多層次的消費(fèi)市場。
2.1 以應(yīng)用領(lǐng)域分類
以應(yīng)用領(lǐng)域可大致分為 3大類：第 1類用于照明，主要是燈用稀土三基色熒光粉、白光LED用熒光粉、稀土金屬鹵化物發(fā)光材料等 ；第 2類用于顯示,主要是陰極射線管(CRT)用熒光粉、投影管用熒光粉、等離子顯示(PDP)用熒光粉、場發(fā)射顯示(FED)用熒光粉等 ；第 3類特種用途,主要是稀土長余輝熒光粉、X射線增感屏用熒光粉、上轉(zhuǎn)換熒光粉等。由于我國的照明光源、彩電和顯示器的產(chǎn)量現(xiàn)均居世界第 1，所以我國的稀土發(fā)光材料得以蓬勃發(fā)展。
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2.2 稀土氧化物及金屬分類
稀土氧化物及金屬種類繁多，列舉如下表所示：
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3 稀土發(fā)光材料制備方法
目前，人們已經(jīng)利用溶膠－凝膠法、固相法、噴霧熱分解法和水熱合成法等合成方法制備了多種不同尺寸及形貌的稀土發(fā)光材料。
3.1 溶膠－凝膠法
溶膠－凝膠法是在適當(dāng)酸堿度的條件下，將無機(jī)鹽溶于水或有機(jī)醇溶劑中形成均質(zhì)溶液，并經(jīng)過水解或醇解、縮合反應(yīng)形成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的溶膠，從而得到制備熒光粉的前驅(qū)體，在高溫條件下進(jìn)行煅燒得到所需產(chǎn)物的制備方法。該方法合成稀土熒光粉的特點(diǎn)是：粒徑較小，可達(dá)到納米級；反應(yīng)活性高，合成溫度低；熒光粉粒度可控，顆粒分布均勻；工藝簡單；產(chǎn)品純度高；發(fā)光性能優(yōu)良等。
3.2 固相法
固相法是制備稀土發(fā)光納米材料常用的方法之一。高溫固相法是在高溫條件下將固體物料混合均勻，再將混合物料放在高溫爐中進(jìn)行灼燒，使其直接參與化學(xué)反應(yīng)而得到所需產(chǎn)物的一種方法。這種方法合成的樣品顆粒的表面缺陷少，晶體質(zhì)量好，發(fā)光強(qiáng)度高，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，但缺點(diǎn)是合成溫度高，燒結(jié)時間長，顆粒尺寸大，粒度分布不均勻，發(fā)光效率不高等。稀土材料的性能取決于材料的晶體結(jié)構(gòu)及其缺陷結(jié)構(gòu)。稀土反應(yīng)物顆粒越小，其比表面積越大，反應(yīng)物顆粒之間的接觸面積也就越大，有利于固相反應(yīng)的進(jìn)行。
3.3 噴霧熱分解法
噴霧熱分解法是將反應(yīng)原料與乙醇等有機(jī)溶劑混合均勻，在適當(dāng)?shù)乃釅A度條件下形成溶液或膠體，將其加入噴霧裝置中，使溶液霧化成氣溶膠，然后將其送入高溫?zé)岱纸鉅t中，反應(yīng)物發(fā)生熱分解或燃燒化學(xué)反應(yīng)的制備方法。這種方法可得到疏松的球形固體顆粒，其粒度小，顆粒大小分布均勻，發(fā)光亮度高，發(fā)光性能好，但該法能耗高，能量利用率低。
3.4 水熱合成法
水熱合成法是在較高溫度下產(chǎn)生的高壓環(huán)境水體系中進(jìn)行有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。自從采用水熱反應(yīng)制備第一例稀土發(fā)光納米材料起，水熱合成法就引起了國內(nèi)外的普遍重視。采用水熱合成法制備的發(fā)光納米材料顆粒尺寸小，可達(dá)數(shù)納米。
稀土熒光粉的研究不論在照明產(chǎn)業(yè)還是其他領(lǐng)域都有著重要的意義。隨著稀土熒光粉的研究不斷深入，其制備工藝也在不斷改進(jìn)，性能也相應(yīng)提高。但是傳統(tǒng)的制備工藝還存在一些缺陷，特別是對制備一些工藝過程復(fù)雜、合成難度大的稀土熒光粉還需進(jìn)一步探究。
中國已經(jīng)連續(xù)多年是稀土光功能材料生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國，目前白光 LED 照明和顯示用鋁酸鹽、氮化物、氟化物熒光粉等市場主流產(chǎn)品的制備技術(shù)和綜合性能整體處于國際先進(jìn)水平。隨著稀土強(qiáng)國的崛起，我國稀土發(fā)光材料在未來必將釋放出亮麗多彩的光芒,照亮全球！
參考來源：
【1】 霍知節(jié).問稀土發(fā)光材料為何物.材料史話.2018.
【2】 王瑩，等.稀土發(fā)光納米材料的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報.2016.
【3】 高銀留，等.稀土熒光粉制備方法的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報.2014.
【4】 邢云虎，等.稀土發(fā)光材料發(fā)展與應(yīng)用.遼寧化工.2020.
【5】 劉榮輝，等.稀土光功能材料發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.中國稀土學(xué)報.2021.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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