稀土發光材料

稀土發光材料

新型發光材料
稀土發光材料:Rare Earth Luminescent Materials稀土發光是由稀土4f電子在不同能級間躍出而産生的,因激發方式不同,發光可區分為光緻發光(photoluminescence)、陰極射線發光(cathodluminescence)、電緻發光(electroluminescence)、放射性發光(radiation luminescence)、X射線發光(X-ray luminescence)、摩擦發光(triboluminescence)、化學發光(chemiluminescence)和生物發光(bioluminescence)等。稀土發光具有吸收能力強,轉換效率高,可發射從紫外線到紅外光的光譜,特别在可見光區有很強的發射能力等優點。稀土發光材料已廣泛應用在顯示顯像、新光源、X射線增光屏等各個方面。
  • 中文名:稀土發光材料
  • 外文名:rare earth luminescent material
  • 别名:
  • 黑光燈YPO4:Ce,Th;MgSrBF3
  • 光源:日光燈Ca5(PO4)3(Cl,F)
  • 顯示:數字符号顯示發光二極管(LED)

制造方法

(1)氣相法:氣體冷凝法;真空蒸發法;濺射法;化學氣相沉積法(CVD);等離子體法;化學氣相輸運法等。

(2)固相法:高溫固相合成法;自蔓延燃燒合成法(SHS);室溫和低熱固相反應法;低溫燃燒合成法;沖擊波化學合成法;機械合金化法等。

(3)液相法:沉澱法;均相沉澱法;共沉澱法;化合物沉澱法;熔鹽法;水熱氧化法;水熱沉澱法;水熱晶化法;水熱合成法;水熱脫水法;水熱陽極氧化法;膠溶法;相轉變法;氣溶膠法;噴霧熱解法;包裹沉澱法;溶膠-凝膠法;微乳液法;微波合成法等。

稀土發光材料的主要應用:

(1)光源:日光燈Ca5(PO4)3(Cl,F):[Sb3+,Mn2+];BaMg2Al16O27:Eu2+;MgAl11O16:[Ce3+,Tb3+];Y2O3:Eu3+

高壓汞燈Y(PV)O4:Eu;YVO4:Eu,Tb

黑光燈YPO4:Ce,Th;MgSrBF3:Eu

固體光源GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce

(2)顯示:數字符号顯示發光二極管(LED)

平闆圖像顯示OLED

(3)顯像:黑白電視Gd2O2S:Tb

彩色電視Y2O3:Eu;Y2O2S:Eu

飛點掃描Y2SiO5:Ce

X射線成像(Zn,Cd)S:Ag;CaWO4;BaFCl:Eu2+;La2O2S:Tb3+;Gd2O2S:Tb3+

(4)探測:閃爍晶體CsI,TlCl

(5)激光:固體激光材料YAG:Nd3+;YAP:Nd3+;YLF:Nd3+

玻璃激光材料摻Nd3+矽酸鹽、硼酸鹽和磷酸鹽玻璃

化學計量激光PrCl3;NdP5O14;NdLiP4O12;NdKP4O12;NdK3(PO4)2;NdAl3(BO3)4;NdK5(MoO4)4

液體激光Eu3+激活的苯酰丙酮(BA)、二苯酰甲烷(DBM)、三氟乙酰丙酮(TFA)和苯三氟丙酮(BTFA)等

氣體激光Sm(I),Eu(I),Eu(II),Tm(I),Yb(I),Yb(II),Yb等金屬蒸氣。

技術壁壘

稀土發光材料行業屬于技術密集型行業。稀土發光材料的生産是融合了晶體結構學、固體化學、表面化學、色度學、氣體放電學等多種學科的綜合性工藝技術,産品的成功研發和市場投放建立在大量的技術儲備和經驗積累上。在技術引領市場競争的行業發展過程中,企業必須具有自主研發和創新能力,能夠針對客戶需求迅速形成個性化技術解決方案。

以滿足稀土發光材料下遊産業複雜多變、差異化和規模化并存的市場需求,才能在市場競争中立穩腳跟并謀求發展。對于一個具有較高技術壁壘的行業來說,自主研發能力的培養是一個長期積累和持續投入的過程,難以通過單純引進生産技術或者購買先進設備來實現。

市場壁壘

稀土發光材料行業的下遊客戶多為生産規模較大、産品标準化程度較高的企業,這些客戶需要根據自身生産工藝和産品性能的要求選擇合适的稀土發光材料産品,并要求稀土發光材料産品供應商能夠确保産品品質的持續穩定性;經過長時間的試用和選擇後,下遊客戶一經确定産品供應商,将會與之長期合作并形成較為穩固的供貨關系。因此,下遊客戶不會輕易更換供貨廠商,尤其國際和國内知名企業,成為其稀土發光材料供應商大約需要1-2年的時間。

對拟進入者來說,在市場準入方面存在一定的進入壁壘。此外,基于客戶需求的差異性和多變性,隻有擁有長期合作經曆的稀土發光材料供應商才能較為貼切地了解客戶需求,形成研發和生産互動,在下遊客戶越來越重視産品服務及時性和有效性的情況下,是否具有成功的長期供貨關系将成為稀土發光材料行業的市場進入壁壘。

資金壁壘

稀土金屬屬于貴重金屬,其價格相對較高,同時由于其稀缺性和獨特的戰略地位,近年來其市場價格不斷上漲,目前其價格已接近或超過白銀等貴重金屬的價格,因此對進入稀土深加工行業的企業建立了較強的資金壁壘。對于從事稀土金屬深加工的企業,必須具有較強的資金實力,隻有擁有充足的運營資金,才能保證企業生産經營正常運轉。

同是節能發光材料,稀土熒光燈和LED的處境卻是冰火兩重天——後者銷量大漲,前者急劇萎縮。業内人士認為,稀土發光材料市場低迷為LED壯大提供了良機。

發光材料先後經曆了白熾燈、節能燈時代,而節能燈又先後有鹵粉、稀土熒光燈和LED燈(也要用到稀土,但隻有稀土熒光燈的千分之一)。稀土熒光燈在替代傳統白熾燈、第一代鹵粉節能燈上扮演了重要角色。據上海照明學會數據,目前稀土熒光燈在大城市照明的市場占有率占到70%。

然而,這一格局正在悄悄改變。記者日前從贛州稀土國際論壇以及其他渠道獲悉,2012年,稀土發光材料(超過90%是稀土熒光燈)銷量4500噸,同比2011年銷量8000噸下降43.8%;2013年上半年,稀土發光材料銷量與去年同期持平。

而來自高工産業所數據顯示,2012年,其競争對手第三代節能燈LED總銷量大漲接近34%。最值得稱道的是LED在競争力較弱的民用市場突然爆發。

2013年上半年,LED民用市場銷售額和銷量同比增長分别超過150%和300%。

作為新一代節能光源,目前LED價格比相同光效的稀土熒光燈要高6-10倍多,但LED的節能效果更好,對于耗電量大的公共場合,安裝LED性價比更高。

另外,稀土價格飙漲和快速下跌之後,廠商對稀土熒光燈的報價随漲随跌,然而提價頻繁之快和幅度之高,漸漸動搖了客商的信心,導緻訂單驟降。

上海照明學會理事吳虹介紹,稀土熒光燈行業現在開工率僅四五成,企業開開停停是常态,日子非常不好過。“現在是行業抱團過冬的時候。”

記者了解到,部分廠商從稀土熒光燈轉産LED,如陽光照明(600261,股吧)LED的比例就從去年的10%升至28%。

“2011年之前,業界預計LED燈替代稀土節能燈的時間是10年,現在看來不用這麼長時間了。”上海照明學會理事吳虹說。

優點

稀土發光材料在激光、照明、顯示、輻射探測等衆多領域起着至關重要的作用,建立相應的微觀理論對于稀土發光材料的進一步發展和應用有着重要的科學意義。

稀土發光材料具有很多優點:發光譜帶窄,色純度高,色彩鮮豔;光吸收能力強,轉換效率高;發射波長分布區域寬;熒光壽命從納秒跨越到毫秒達6個數量級;物理和化學性能穩定,耐高溫,可承受大功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用。正是這些優異的性能,使稀土化合物成為探尋高新技術材料的主要研究對象。

目前,稀土發光材料廣泛應用于照明、顯示、顯像、醫學放射圖像、輻射場的探測和記錄等領域,形成了很大的工業生産和消費市場規模,并正在向其他新興技術領域擴展。

應用

中國擁有發展稀土應用的得天獨厚的資源優勢,在現已查明的世界稀土資源中,80%的稀土資源在中國,并且品種齊全。從1986年起,中國稀土産量已經躍居世界第一位,使中國從稀土資源大國變成稀土生産大國。目前,無論是儲量、産量,還是出口量,中國在世界稀土市場上占有舉足輕重的地位。

在中國稀土事業迅速發展的同時,應該清醒的看到,中國在稀土深加工方面,在稀土功能材料的開發和應用技術方面并不站在世界前列,與世界先進水平還有相當大的差距,需要我們奮起迎頭趕上。目前中國稀土資源利用的特點是,一方面出口原料和粗産品;另一方面卻在進口産品和精制品。因此,在中國開展稀土精細加工和稀土功能材料的研究,具有獨特的意義。這是中國21世紀化學化工的重大課題,而稀土發光材料的研究将是它的一個主攻方向。

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