瑰丽的稀土发光材料□洪广言 稀土元素以其特殊的电子构型和优异的特性成为开发新材料的宝库，而烯土发光材料则是宝库中五光十色的瑰宝。随着稀土发光材料研究的深入，其应用领域在不断拓宽。 一、灯用稀土三基色荧光粉
一、灯用稀土三基色荧光粉 灯用稀土三基色荧光粉由红、绿、蓝3种经稀土离子激活的荧光粉组成。自面世以来，由于其光效和光色都能达到较高水平，被视为绿色节能的新型发光材料，已成为当前最重要的灯用荧光材料之一。我国灯用稀土三基色荧光粉产品的质量和产量近10年来已有明显提高，其中以红粉Y2O3:Eu，绿粉MgAl11O19:Ce、Tb，蓝粉BaMgAl10O17:Eu为主。 为了提高显色性，国内研制开发了以Mn、Eu激活的双峰蓝色荧光粉，也着手研制多波长灯用稀土荧光粉。目前灯用稀土三基色荧光粉的生产企业已有百余家。 稀土三基色荧光粉发出的光更接近自然光，而且发光效率较高。三基色荧光灯的产量每年以5%的速度增长。据预测，随着荧光灯家庭用量的增加，2005年三基色荧光灯对稀土的需求量将超过彩色电视机对稀土的需求。日本、西欧和中国的三基色荧光灯产量较大，美国因电能成本较低，三基色荧光灯使用推广较慢。 二、阴极射线发光材料
二、阴极射线发光材料 阴极射线发光材料主要应用于电视、计算机、示波器、雷达等各种荧光屏和显示器，以彩色阴极射线管（CRT）发展最快。由于20世纪60年代中期成功合成了YVO4:Eu、Y2O3:Eu和Y2O2S:Eu等稀土红色荧光粉，突破了红粉亮度不够的障碍，使彩电的亮度提高到一个新的水平。结合各种因素，目前普遍使用的仍是Y2O2S:Eu红色荧光粉。绿色荧光粉主要使用(Zn,Cd)S:Cu,Al, 蓝色荧光粉依然是ZnS:Ag，它们是非稀土荧光粉，目前正在研究用稀土荧光粉取代。目前我国彩电荧光粉产量近百吨。 随着居民收入水平的提高和居住条件的改善，背投电视的市场发展迅速，其中绝大多数为CRT背投影方式。据预测，中国将成为全球仅次于北美的第二大背投电视消费市场。背投电视市场的快速增长以及巨大的市场前景和诱人的利润空间，使得彩电生产企业纷纷投入。但短期内，采用阴极射线管的普通彩色电视机的销售市场将继续占优势。美国电子业协会预测，阴极射线管将使用到2020年。 三、稀土长余辉荧光粉
三、稀土长余辉荧光粉 长余辉发光材料是指经阳光和紫外线短时间照射后，在较长的时间内仍能持续发光的材料，又名蓄光材料、夜光粉。早期应用的长余辉材料是硫化物体系（ZnS:Cu，ZnCdS:Cu、Ag等），能发射530nm的绿色荧光，适合于人眼观察，曾被广泛应用。然而它的亮度不够，且持续时间短（只有几个小时），为了延长持续发光时间，混入少量的放射性同位素（如氚、钜等）。20世界90年代以来，人们开发出新的长余辉发光材料，其余辉可达10h以上，无放射性、耐热、抗氧化性能好。这类材料主要是以稀土离子为激活剂、碱土铝酸盐为基质的无机发光体系，发光强度和余辉时间是传统硫化物发光材料的10倍以上。该材料白天利用太阳光或其他自然光蓄光，夜晚发光。这一特点使其广泛地应用于工农业及人们生活的许多方面。 我国复旦大学等单位较早研究出稀土长余辉材料，后又有大连路明科技有限公司改进生产。目前稀土长余辉材料已广泛应用于传统的应急照明的微光显示系统和装潢美化，并在飞机、地铁、建筑装潢、消防设施、公路、工艺美术等众多领域得到广泛应用。 由于稀土长余辉荧光粉的制备工艺与稀土三基色灯用荧光粉类似，许多灯用荧光粉厂也在开发稀土长余辉荧光粉，估计我国荧光粉生产厂超过50家，每年产量过百吨。由于掺稀土的碱土铝酸盐发光材料以发射520nm左右的绿光为主，目前人们集中于研发性能优良的红色长余辉荧光粉，改善蓝色荧光粉的性能以及产品的应用开发等。 四、等离子体平板显示用荧光粉
四、等离子体平板显示用荧光粉 彩色等离子体平板显示（PDP）与其他显示方式（如CRT、LCD、EL、FED等）相比，具有屏幕大、清晰度高、重量轻、机体薄等诸多优点，已成为高清晰度大屏幕平板显示的佼佼者，也使挂壁彩电成为现实。PDP所用的关键材料之一是荧光粉，它由红、绿、蓝3种荧光粉组成。PDP技术迅猛发展，但至今尚未研制出完全适用于PDP的荧光粉，目前还主要沿用灯用荧光粉，但这些荧光粉在PDP的高能量真空紫外射线辐照下存在明显缺点，如会出现红色荧光粉色纯度较差、绿色荧光粉余辉时间偏长、蓝色荧光粉稳定性较差等问题。为此，开发新型PDP荧光粉已成为当前的迫切问题。目前主要应用的荧光粉是红粉（Y,Gd）BO3:Eu3+、绿粉Zn2SiO4:Mn2+或BaAl12O19:Mn2+及蓝粉BaMgAl10O17:Eu2+。其中红、蓝粉均用稀土，绿粉也将会被稀土荧光粉所取代。因此，开发PDP荧光粉将成为继彩电、节能灯之后稀土在发光材料应用的又一个新的高技术产业。 目前，美国、日本、西欧、韩国和中国台湾等国家和地区的PDP发展迅速。日本、韩国等已形成批量生产，中国台湾正在建设生产线，上海广电集团（SVA）与日本松下也在上海建立了PDP生产线。 在PDP荧光粉的研制方面，国内长春光机与物理所、长春应用化学研究所、北京有色金属研究总院等均在积极开展工作。在国家计委稀土专项“彩色等离子体显示屏（PDP）用荧光粉产业化前期关键技术研究开发”项目的资助下，我国研制出第一台“PDP荧光粉光学参数测试系统”，所研制的PDP荧光粉经涂屏表明，其性能接近国际先进水平，取得一定进展。 五、白光发光二极管
五、白光发光二极管 发白光的发光二极管（LED）在90年代后期出现，它具有许多优点，如固体化、体积小、寿命长（万小时）、抗震、不易损坏、启动响应时间快（纳秒）、耗电量小、无公害等，被誉为第四代照明光源。因此，美国、日本、欧洲投入大量人力和财力推动白光LED的研发。实现白光LED有两个主要方案：①用蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的荧光粉结合组成白光；②用发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发的发红、绿、蓝光的三基色荧光粉或多基色荧光粉结合成白光。 目前，我国已研制开发的LED荧光粉YAG:Ce发射黄光，主峰波长为530～560nm，适合于用440～480nm的蓝色激发荧光粉，将蓝色和激发出的黄色合成白光。另一种用发紫光的UVLED（发射峰位于300～370nm）激发LED三基色荧光粉发出白光。北京有研稀土新材料股份有限公司研发生产白光LED用的三基色荧光粉已批量生产并投放市场。华刚光电有限公司的2000万枚高亮度LED发光二极管预计很快在国内投产，它主要发展LED的灯泡、显示器、模块，尤其是开发照明用白光LED和UVLED。 每千克LED荧光粉可加工约30万枚白光LED，每吨荧光粉可产3亿枚白光LED。这不仅解决了环保问题，而且会提高稀土资源的应用价值。近年来发光二极管的发光效率提高很快，据国外报道，白光LED已从1998年5 lm/W发展到2001年25 lm/W，预计2005年可达50 lm/W。如果能像其他光源一样发光效益达到100 lm/W则更具有应用价值。从理论和技术发展分析，白光LED的光效可以达到200 lm/W以上。 但要使白光LED进入商业照明和家庭照明，必须提高光效和光通，并降低成本。 稀土发光材料除上述5个主要应用领域外，在X射线增感屏、农用光转换薄膜、电致发光、有机电致发光等方面已获得或正在获得应用。但我国稀土发光材料产业存在着一些问题：缺少具有自主知识产权的新型发光材料，面临进入WTO的严峻挑战；一些主要产品一哄而上，出现供大于求、互相压价等问题；产品质量较差，反映出我国稀土发光材料缺乏深厚根基，生产和研究工作不够深入仔细；稀土发光材料的研制投入不足，科技人员无法长期安心进行深入研究。稀土发光材料是稀土高技术产业的重要支柱，而我国的稀土储量、产量和出口量均居世界首位，具有资源优势。因此，稀土发光材料应该发展成为我国的一个新型高技术产业。