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稀土发光材料的利弊

在稀土的应用范畴外,光学资料也是重要的高附加值范畴之一。从光学的角度看,稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道,具有丰厚的电子能级、多种能级的跃迁条件,因而能够用于取得多种发光性能(可吸收或发射从紫外到近红外区范围的各种波长的电磁辐射)。而且,掺杂稀土离子的发光资料受外部环境的干扰孝物理性质和化学性质稳定,荧光寿命较长(处于从纳秒到毫秒级的范围),大多发射光谱呈线状且温度猝灭小,因而能够用于光致发光(以紫外光或可见光激起)、阴极射线发光(以电子束激起)、X射线发光(以X射线激起)以及电致发光(以电场激起)资料等各类发光资料的开发,普遍应用于普遍用于显现、发光、光信息传送、X射线影像、太阳能光电转换、激光、闪烁体等范畴(或者更进一步说,由于对这些范畴的中心技术开展起至光重要的作用,在某种水平了成为了决议这些范畴开展趋向的关键要素)。

就目前而言,稀土发光资料的应用能够粗略地划分为照明、显现和特种光源三大范畴。其中,特种光源又包括稀土激光资料激光、无极灯、全光谱照明灯具、白光LED固态光源、紫外线灯具、稀土长余辉灯具,以及医用、农用(促进植物生长用)的光源等。

稀土发光资料的大范围开发,始于上世纪的60年代末和70年代初的稀土荧光粉开发,早期以美国的彩电红粉和荷兰的三基色灯粉(飞利浦公司于20世纪70年代首先推出了稀土三基色荧光粉及稀土荧光灯)的开发为源头,后来日本鼎力开发稀土荧光粉(以磷酸盐型绿粉为标志的第二代稀土三基色荧光粉)并获得全球的抢先位置,构成了日亚化工、化成光学、东芝、欧司朗麦克尔、基本化学、东京化学等一度极具优势的厂家;而美国的稀土荧光粉则主要有通用电器(以自用为主)、杜邦公司(主要消费X-射线增感屏荧光粉)、英特美(消费白光发光二极管用荧光粉),荷兰则以飞利浦(主要产品为稀土荧光灯粉,以自用为主)。此外,德国的欧司朗(为避开日亚化工的专利,开发出了铽铝石榴石荧光粉,但亮度不如钇铝石榴石)、韩国的三星也都有消费。

从产品来看,虽然近年来稀土多基色、全光谱荧光粉也得到了开发,但其应用范畴主要作为特种光源来开发,而占领节能灯主注的是白色发光二极管(WLED),平安、环保、微型化、运用寿命长。目前,用于白色发光二极管的稀土荧光粉有钇铝石榴石型、铽铝石榴石型、硅酸盐型及氮化物型等(但日亚化工消费的钇铝石榴石荧光粉市场占有率较高)。其中,钇作为各种红粉普遍采用的基质组份(其他常用元素包括作为红粉激活剂具有不可替代性的铕、作为绿粉不可或缺的激活剂铽,以及镧、铈、镝等),是用量最大的稀土元素,具有不可替代性,但是除了镝外的钇、铕、铽、镧、铈都是丰度较高的元素。

虽然用于荧光粉的多数稀土元素丰度较高,但在美、日、德、韩、荷兰中,除美国外其他几国均无可开采的、用于稀土荧光粉的资源,而美国的稀土则一度没有开采,因而美日两国进口的氧化钇曾一度95%以上直接来自中国。即便是从将来来看,虽然国外也有含中重稀土的矿藏,而且目前正在勘探的几个矿床也报道称含中重稀土,但无论是资源储量,还是中重稀土的配分以及采选冶的难易水平,都谈不上与中国的离子型稀土矿(散布在南方赣、粤、桂、湘、闽等省区的离子吸附型稀土矿便于开发应用,是目前世界上最具优势的稀土资源;国内稀土发光资料消费厂家也主要集中于该区域或其周边的珠三角地域和长三角地域)竞争。因而,将来相当长的时期内,国外稀土荧光粉消费所需稀土原料,特别是中重稀土原料仍将依赖中国。所以,随着稀土出口政策的调整,稀土荧光粉消费继续向中国转移的总体趋向也不会变,通用、欧司朗、三星等都已在国内建厂。

在这个过程中,国内开展稀土荧光粉等精密化工企业(或稀土应用企业)就非常重要。虽然构成产业的整体竞争力需求相对较长的一个过程中,但在详细做法上,能够从设备等相对单薄的范畴切入。例如,国内外企业消费灯用稀土三基色荧光粉采用的固然都是高温固相反响合成法,但国内企业采用的隧道窑大多缺乏20m,而日亚化学等公司采用的隧道窑则普通在50m左右,所以用长隧道窑取代短隧道窑(以使晶体到达最佳反响温度和反响时间,减少产品缺陷)就成为下一步开发的重点。

除了照明范畴外,显现(器/屏)也是稀土荧光粉应用的另一主要范畴,两者的总和占稀土在荧光粉中总消费量的九成左右。历史上,阴极射线管彩电曾是稀土光彩粉应用的一个重点范畴,但是目前已被平面显现技术所取代,而在平面显现中,稀土的应用产品主要是稀土掺杂的薄膜电致发光器件等。在这一范畴,日韩厂商凭仗着其对平板显现器产业链条的控制,占领了平板显现用稀土发光资料的抢先位置,而国内的研发开发则相对较晚;但是,从另一角度来看,应用于平面显现的稀土荧光粉开发,也是改动目前的竞争格局、完成国内企业的技术晋级的重要途径。

特种光源中应用的稀土发光资料开发更是如此:其用量固然不及照明和显现范畴来得大,但相应的应用产品开发多为高新技术产品、附加值高,关于这些范畴的竞争实力而言极为重要。比方高显色指数的LED以及体积很小的微片式LED,关于医疗器械的开发而言就非常重要。事实上,从前文所述的开发历史来看,我们也能够发现“巧合”:美国的通用电气、荷兰的飞利浦分别是稀土发光资料应用开发的“拓荒者”和抢先者,而这两家企业同样是世界上医疗器械的抢先者(医疗器械范畴“GPS”中的GE和Phipps)。

再比方,许多探测器的中心技术就是灵便的资料,而稀土发光资料正是能满足这一点,除了医用的断层成像设备如XCT(X射线计算机断层成像)、SPECT(单光子发射断层成像)、PET(正电子发射断层成像)和安检用的X射线激起的稀土发光资料外,高能射线和高能粒子激起的闪烁体探测器同样也需求稀土发光资料。又如,紫外光会使农用薄膜老化,国外则有开发将稀土配合物掺入薄膜中,从而将紫外光转化成为有利光协作用的红光或蓝光以进步太阳能的应用率,同时促进农作物生长、增产。

假如从更广的角度来看,基于稀土发光资料的另一个重要范畴就是稀土掺杂的光纤激光器,无论是参军事、工业等角度来看,这都已成为产业竞争的一个焦点。

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原文链接:http://www.chddh.com/zuowen/105809.html 更新时间:2017-04-21 16:08
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