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1.引言（1）稀土发光材料的介绍[1]稀土元素是指周期表中ⅢB族,包括元素周期表中原子序数为21的钪（Sc）、原子序数为39的钇（Y）和原子序数为57-71的斓系元素。
镧系元素的电子组态为： 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2其中n=0-14,m=0,或1,它们的共同特点是都有未填满的4f壳层,且4f壳层位于已填满的5s和5p轨道以内。
由于5s2和5p6电子层的屏蔽作用,4f壳层受晶体场或配位场影响较小,能级结构基本保留自由离子的特征,仍为分立的能级。
稀土离子的稳定价态是三价,从Ce3 ,到Yb3 ,,它们的电子组态为[Xe]4fn(n=1,2，,13)。
由于稀土原子结构的特殊性,其电子能级异常丰富,具有许多优异的光、电、磁等物理特性,加之化学性质也十分活泼,稀土能与其它元素组成品种繁多、功能千变万化、用途各异的新型材料,被称为现代工业的维生素和神奇的新材料宝库。
稀土元素独特的电子层结构决定了它具有特殊的发光特性,相对于其他发光材料,它具有如下优点: 稀土元素的电子层结构使它的化合物具有多种荧光特性。
除Y3 和Se3 无4f亚层、La3 和Lu3 的4f亚层为全空和全满外,其余稀土元素的4f电子可在7个4f轨道间任意分布,从而产生丰富的电子能级,可吸收和发射从紫外光、可见光到近红外区各种波长的电磁辐射,使稀土发光材料的呈现丰富多变的荧光特性。
具体的能级分布,如图1所示: 图1稀土离子的部分能级图,主要的发射能级标为红色,基态标为蓝色稀土元素由于4f电子处于内层轨道,受外层s和p轨道的有效屏蔽,很难受到外部环境的干扰,4f能级差极小,f-f呈现尖锐的线状光谱,发光色纯度局。
由于4f电子能级之间的自发跃迁概率较小,造成稀土元素的电子能级激发态平均寿命较长。
吸收激发能量的能力强,转换效率高。
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