稀土材料的发光特性取决于其核外电子构型,稀土元素原子的电子构型中存在4f 轨道,当 4f 电子从高的能级以辐射弛豫的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的光。稀土离子具有复杂的电子能级,因此它的化合物材料具有多种荧光特性。并且它的4f层受到外层5s和5p轨道的有效屏蔽作用,不易受到外部环境的干扰,因此f-f 跃迁常常呈现出较尖锐的线状光谱,有较好的发光色纯度。稀土离子理化性质特别稳定,并且能承受住较大功率的电子束、高能辐射以及强紫外光的作用。它的优点是稀土离子发光强度高、且荧光的颜色纯正,和有机发光化合物所需能量低、荧光效率高、并且易溶于有机介质等。
1。1。3 稀土发光材料的分类及用途
根据基质材料的不同,可以将发光细致的分为两种:一就是以稀土化合物作为基质;二是以非稀土化合物作为基质。
稀土发光材料得到很好的研究和发展与稀土元素发光材料本身具有很多优点是分不开的,它的优点包括吸收能力强,转换率高,可发射从紫外到红外的光谱范围宽,在可见光区域,有很强的发射能力,且物理化学性质稳定。稀土发光材料在很多领域都有很广泛的应用。
在照明方面,稀土发光材料表现出了具有发光效率高、热猝温度高、承受辐射性能好等特点,因此常被用于节能明[1]。在电子显示方面,根据稀土荧光响应快并且量子效率高及密度大的优点,则其被广泛用于数字影视成像技术的制备中。O’Connor[2]早在1962年,就发现二价钐离子掺杂的氟化物CaF2:Sm2+可以输出激光脉冲,这一重大发现则标志着稀土发光材料的诞生。在上世纪60年代初期,因为稀土红色荧光粉研制成功,解决了原先三基色不匹配的相关问题。接着到20世纪90年代,第二代稀土三基色荧光粉——磷酸盐系列的荧光粉问世了。正式因为这样的发展速度,白光LED在1996年被研制出来,从2005年起就逐渐取代白炽灯在照明中的地位,成为第四代照明光源[3、4]。论文网
在选矿作业方面,常常利用稀土荧光光谱的高灵敏度以及高选择性,可对矿物的发光进行分析,用来检测矿物样品中的稀土元素的含量。
在生物医学检测分析方面,研究者利用稀土的荧光性能,将稀土发光材料运用于生物医学中的分析检测上。同时纳米稀土发光材料由于其能够避免生物体自身的荧光干扰,进而提高了生物检测的准确度。陈学元课题组[5]将Yb3+和Er3+和上转换纳米材料共同掺杂作为生物探针,用于对溶液中的痕量分析物(如肿瘤标记物和抗生物素蛋白等)进行检测。
1。2 钼酸盐基稀土发光材料
1。2。1 钼酸盐的基本结构
钼酸盐化合物大多数是以带有结晶水的水合物形式存在的,碱金属钼酸盐、铵、镁钼酸盐等都具有可溶性,此外的其他盐则为不可溶性盐,而且钼酸盐可被在水溶液中还原。钼酸盐中的MoO42-离子是一个具有四面体结构的基团,其中Mo6+位于MoO42-离子的中心位置,4个O2-则位于MoO42-离子的4个顶角。
目前对于钼酸盐的研究主要是集中在具有白钨矿型结构的二钼酸盐和具有钾钠铅钒型结构的四钼酸盐上。二钼酸盐往往具有白钨矿构型,它的化学通式为MRe(Mo4)2其中M代表碱金属离子,Re代表稀土离子;化学物中包含四个钼酸根的即为四钼酸盐,它的化学通式为A5Re(MoO4)4。
1。2。2 钼酸盐的应用
上世纪七十年代前苏联就开始研究钼酸盐,当时主要是对以Nd3+为首的晶体材料的受激发射特性方面的研究。但后来的很长一段时间里关于钼酸盐的研究和发展缓慢。直到上世纪末人们开始希望激光增益介质的发射带更宽并且能满足不同浓度的掺杂而不发生淬灭效应,使得钼酸盐得到了很好的研究和发展。 虽然我国对于以钼酸盐为基质的发光材料研究虽然晚于一些国家,但中国的钼储量占世界首位,便是一个极大的的优势来合成新型钼酸盐材料。