中國粉體網訊 乘坐地鐵時，偶爾迷失方向，但在地鐵站，總會看見許多發光的出口標志，小編職業好奇心頓生，這種發光的材料是什么呢？經查證，在地鐵站、商場超市、商務樓等應用廣泛的各種出口導引、消防安全、疏散、逃生導流標志，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光材料。那么稀土發光材料是什么？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。在發光材料中加入稀土元素，由于其原子半徑和自身光學電負性的特殊規律，將其作為基質成分，或者作為激活劑、敏化劑、摻雜劑等，使其在發光材料中起到獨一無二的作用，這便是稀土發光材料或是稀土熒光材料。
稀土發光材料的優點包括物理和化學性能穩定、耐高溫、發光譜帶窄、色彩純度高、色彩鮮艷、光轉換效率高、吸收能力強、波長分布寬等。
1 稀土發光材料的發展現狀
稀土發光材料主要包括三基色熒光粉、LED( Light emitting diode，發光二極管) 熒光粉和長余輝熒光粉等主要產品，其應用場景已經從普通的室內照明發展到道路照明、廣場照明、景觀照明、各種特殊照明等照明領域以及手機、電腦和電視等高端顯示領域。
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近年來稀土發光材料產量整體上呈大幅下降趨勢，國內總產量從 2010 年的近萬噸降至 2019 年的 3000 t 左右，研究和產業焦點也由三基色熒光粉轉移至 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 年中國的產量約為 480 t。
2 稀土發光材料應用及分類
稀土發光材料品種多、應用廣,已有品種達三百余種。已經在全球形成大工業化生產模式，而且形成多層次的消費市場。
2.1 以應用領域分類
以應用領域可大致分為 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、上轉換熒光粉等。由于我國的照明光源、彩電和顯示器的產量現均居世界第 1，所以我國的稀土發光材料得以蓬勃發展。
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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：
圖片來源：上海躍龍稀土公司官網
3 稀土發光材料制備方法
目前，人們已經利用溶膠－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光材料。
3.1 溶膠－凝膠法
溶膠－凝膠法是在適當酸堿度的條件下，將無機鹽溶于水或有機醇溶劑中形成均質溶液，并經過水解或醇解、縮合反應形成大分子網狀結構的溶膠，從而得到制備熒光粉的前驅體，在高溫條件下進行煅燒得到所需產物的制備方法。該方法合成稀土熒光粉的特點是：粒徑較小，可達到納米級；反應活性高，合成溫度低；熒光粉粒度可控，顆粒分布均勻；工藝簡單；產品純度高；發光性能優良等。
3.2 固相法
固相法是制備稀土發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行灼燒，使其直接參與化學反應而得到所需產物的一種方法。這種方法合成的樣品顆粒的表面缺陷少，晶體質量好，發光強度高，有利于大規模生產，但缺點是合成溫度高，燒結時間長，顆粒尺寸大，粒度分布不均勻，發光效率不高等。稀土材料的性能取決于材料的晶體結構及其缺陷結構。稀土反應物顆粒越小，其比表面積越大，反應物顆粒之間的接觸面積也就越大，有利于固相反應的進行。
3.3 噴霧熱分解法
噴霧熱分解法是將反應原料與乙醇等有機溶劑混合均勻，在適當的酸堿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，然后將其送入高溫熱分解爐中，反應物發生熱分解或燃燒化學反應的制備方法。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，發光亮度高，發光性能好，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生的高壓環境水體系中進行有關的化學反應。自從采用水熱反應制備第一例稀土發光納米材料起，水熱合成法就引起了國內外的普遍重視。采用水熱合成法制備的發光納米材料顆粒尺寸小，可達數納米。
稀土熒光粉的研究不論在照明產業還是其他領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，性能也相應提高。但是傳統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雜、合成難度大的稀土熒光粉還需進一步探究。
中國已經連續多年是稀土光功能材料生產和消費第一大國，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品的制備技術和綜合性能整體處于國際先進水平。隨著稀土強國的崛起，我國稀土發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.問稀土發光材料為何物.材料史話.2018.
【2】 王瑩，等.稀土發光納米材料的制備與應用研究進展.遼寧石油化工大學學報.2016.
【3】 高銀留，等.稀土熒光粉制備方法的研究進展.材料導報.2014.
【4】 邢云虎，等.稀土發光材料發展與應用.遼寧化工.2020.
【5】 劉榮輝，等.稀土光功能材料發展現狀及趨勢.中國稀土學報.2021.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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