稀土螢光粉發光機理

稀土螢光粉是指在外界能量激發下能發螢光的含稀土元素的無機粉末材料，主要用來製造彩色顯像管和螢光燈。那其發光機理是怎樣的呢？

對於稀土發光材料而言重要的是稀土離子。稀土元素的外層電子結構為4f0-145d0-16s2，其4f殼層電子的能量低於5d殼層電子而高於6s殼層電子的能量，因而出現能級交錯現象。

稀土離子在化合物中通常失去兩個6s電子和一個4f電子而呈三價狀態。三價稀土離子在晶體中的電子躍遷有以下三種情況：

（1）由於稀土離子含有特殊的4f電子組態能級，當其受到激發時，4f電子可以在不同能級間產生激發躍遷，當其退激發時，躍遷至不同能級的激發態電子又回到原來的4f電子組能態，從而產生發光光譜，即4f-4f和4f-5d之間的相互躍遷。其中f-f躍遷是宇稱禁戒的。但實際上可以觀察到這些躍遷產生的光譜，這是由於在基質晶格內晶體環境的影響，這種禁戒會被部分解除或完全解除，使電子躍遷有可能實現。 

（2）由於4f殼層電子被5s25p6殼層的8個電子包圍，4f能級受外層電子軌道的遮罩，使f-f躍遷的光譜受外界晶體場影響較小，譜線表現為尖銳的吸收峰。f-d躍遷是因為4f激發態能級的下限高於5d能級的下限而使電子躍遷到較高的5d能級而產生的電子躍遷。根據光譜選擇定則，f-d電子躍遷是允許躍遷，吸收強度比f-f躍遷大四個數量級。由於d電子因裸露在離子表面，其能級分裂受到外在晶體場強烈影響，因而其電子躍遷往往表現為一定的寬頻吸收峰。

在稀土離子中，Ce3+， Tb3+， Pr3+， Eu3+和Eu2+都存在5d能級，其中Tb3+，Pr3+，Eu3+的5d能級位置較高，難以實現f-d躍遷，Ce3+和Eu2+則由於5d能級位相對較低，因而可觀察到由f-d躍遷所引起的寬頻發射光譜。

（3）稀土離子和相鄰陰離子間的電荷轉移躍遷，這類躍遷的特性在很大程度上也取決於環境的影響。稀土離子發生f-d躍遷還是電荷轉移躍遷取決於該離子產生躍遷時所需要吸收的激發能的高低。

發光材料之所以具有發光性能是因為合成過程中材料基質晶格中存在結構缺陷。由於發光材料基質的熱歧化作用出現的結構缺陷所引起的發光叫做非啟動發光(或叫自啟動發光)，產生這種發光不需要添加啟動雜質。在高溫下向基質中摻入啟動劑出現雜質缺陷，由這種缺陷引起的發光叫啟動發光。大部分發光材料都是屬於啟動型的，啟動雜質即充當發光中心。

• < 前一頁
• 下一個 >