稀土发光材料

稀土发光材料

新型发光材料
稀土发光材料:Rare Earth Luminescent Materials稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的,因激发方式不同,发光可区分为光致发光(photoluminescence)、阴极射线发光(cathodluminescence)、电致发光(electroluminescence)、放射性发光(radiation luminescence)、X射线发光(X-ray luminescence)、摩擦发光(triboluminescence)、化学发光(chemiluminescence)和生物发光(bioluminescence)等。稀土发光具有吸收能力强,转换效率高,可发射从紫外线到红外光的光谱,特别在可见光区有很强的发射能力等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。
  • 中文名:稀土发光材料
  • 外文名:rare earth luminescent material
  • 别名:
  • 黑光灯YPO4:Ce,Th;MgSrBF3
  • 光源:日光灯Ca5(PO4)3(Cl,F)
  • 显示:数字符号显示发光二极管(LED)

制造方法

(1)气相法:气体冷凝法;真空蒸发法;溅射法;化学气相沉积法(CVD);等离子体法;化学气相输运法等。

(2)固相法:高温固相合成法;自蔓延燃烧合成法(SHS);室温和低热固相反应法;低温燃烧合成法;冲击波化学合成法;机械合金化法等。

(3)液相法:沉淀法;均相沉淀法;共沉淀法;化合物沉淀法;熔盐法;水热氧化法;水热沉淀法;水热晶化法;水热合成法;水热脱水法;水热阳极氧化法;胶溶法;相转变法;气溶胶法;喷雾热解法;包裹沉淀法;溶胶-凝胶法;微乳液法;微波合成法等。

稀土发光材料的主要应用:

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

高压汞灯Y(PV)O4:Eu;YVO4:Eu,Tb

黑光灯YPO4:Ce,Th;MgSrBF3:Eu

固体光源GaP;GaAs;GaN;InGaN;YAG:Ce

(2)显示:数字符号显示发光二极管(LED)

平板图像显示OLED

(3)显像:黑白电视Gd2O2S:Tb

彩色电视Y2O3:Eu;Y2O2S:Eu

飞点扫描Y2SiO5:Ce

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

(4)探测:闪烁晶体CsI,TlCl

(5)激光:固体激光材料YAG:Nd3+;YAP:Nd3+;YLF:Nd3+

玻璃激光材料掺Nd3+硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐玻璃

化学计量激光PrCl3;NdP5O14;NdLiP4O12;NdKP4O12;NdK3(PO4)2;NdAl3(BO3)4;NdK5(MoO4)4

液体激光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

气体激光Sm(I),Eu(I),Eu(II),Tm(I),Yb(I),Yb(II),Yb等金属蒸气。

技术壁垒

稀土发光材料行业属于技术密集型行业。稀土发光材料的生产是融合了晶体结构学、固体化学、表面化学、色度学、气体放电学等多种学科的综合性工艺技术,产品的成功研发和市场投放建立在大量的技术储备和经验积累上。在技术引领市场竞争的行业发展过程中,企业必须具有自主研发和创新能力,能够针对客户需求迅速形成个性化技术解决方案。

以满足稀土发光材料下游产业复杂多变、差异化和规模化并存的市场需求,才能在市场竞争中立稳脚跟并谋求发展。对于一个具有较高技术壁垒的行业来说,自主研发能力的培养是一个长期积累和持续投入的过程,难以通过单纯引进生产技术或者购买先进设备来实现。

市场壁垒

稀土发光材料行业的下游客户多为生产规模较大、产品标准化程度较高的企业,这些客户需要根据自身生产工艺和产品性能的要求选择合适的稀土发光材料产品,并要求稀土发光材料产品供应商能够确保产品品质的持续稳定性;经过长时间的试用和选择后,下游客户一经确定产品供应商,将会与之长期合作并形成较为稳固的供货关系。因此,下游客户不会轻易更换供货厂商,尤其国际和国内知名企业,成为其稀土发光材料供应商大约需要1-2年的时间。

对拟进入者来说,在市场准入方面存在一定的进入壁垒。此外,基于客户需求的差异性和多变性,只有拥有长期合作经历的稀土发光材料供应商才能较为贴切地了解客户需求,形成研发和生产互动,在下游客户越来越重视产品服务及时性和有效性的情况下,是否具有成功的长期供货关系将成为稀土发光材料行业的市场进入壁垒。

资金壁垒

稀土金属属于贵重金属,其价格相对较高,同时由于其稀缺性和独特的战略地位,近年来其市场价格不断上涨,目前其价格已接近或超过白银等贵重金属的价格,因此对进入稀土深加工行业的企业建立了较强的资金壁垒。对于从事稀土金属深加工的企业,必须具有较强的资金实力,只有拥有充足的运营资金,才能保证企业生产经营正常运转。

同是节能发光材料,稀土荧光灯和LED的处境却是冰火两重天——后者销量大涨,前者急剧萎缩。业内人士认为,稀土发光材料市场低迷为LED壮大提供了良机。

发光材料先后经历了白炽灯、节能灯时代,而节能灯又先后有卤粉、稀土荧光灯和LED灯(也要用到稀土,但只有稀土荧光灯的千分之一)。稀土荧光灯在替代传统白炽灯、第一代卤粉节能灯上扮演了重要角色。据上海照明学会数据,目前稀土荧光灯在大城市照明的市场占有率占到70%。

然而,这一格局正在悄悄改变。记者日前从赣州稀土国际论坛以及其他渠道获悉,2012年,稀土发光材料(超过90%是稀土荧光灯)销量4500吨,同比2011年销量8000吨下降43.8%;2013年上半年,稀土发光材料销量与去年同期持平。

而来自高工产业所数据显示,2012年,其竞争对手第三代节能灯LED总销量大涨接近34%。最值得称道的是LED在竞争力较弱的民用市场突然爆发。

2013年上半年,LED民用市场销售额和销量同比增长分别超过150%和300%。

作为新一代节能光源,目前LED价格比相同光效的稀土荧光灯要高6-10倍多,但LED的节能效果更好,对于耗电量大的公共场合,安装LED性价比更高。

另外,稀土价格飙涨和快速下跌之后,厂商对稀土荧光灯的报价随涨随跌,然而提价频繁之快和幅度之高,渐渐动摇了客商的信心,导致订单骤降。

上海照明学会理事吴虹介绍,稀土荧光灯行业现在开工率仅四五成,企业开开停停是常态,日子非常不好过。“现在是行业抱团过冬的时候。”

记者了解到,部分厂商从稀土荧光灯转产LED,如阳光照明(600261,股吧)LED的比例就从去年的10%升至28%。

“2011年之前,业界预计LED灯替代稀土节能灯的时间是10年,现在看来不用这么长时间了。”上海照明学会理事吴虹说。

优点

稀土发光材料在激光、照明、显示、辐射探测等众多领域起着至关重要的作用,建立相应的微观理论对于稀土发光材料的进一步发展和应用有着重要的科学意义。

稀土发光材料具有很多优点:发光谱带窄,色纯度高,色彩鲜艳;光吸收能力强,转换效率高;发射波长分布区域宽;荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级;物理和化学性能稳定,耐高温,可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能,使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。

目前,稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域,形成了很大的工业生产和消费市场规模,并正在向其他新兴技术领域扩展。

应用

中国拥有发展稀土应用的得天独厚的资源优势,在现已查明的世界稀土资源中,80%的稀土资源在中国,并且品种齐全。从1986年起,中国稀土产量已经跃居世界第一位,使中国从稀土资源大国变成稀土生产大国。目前,无论是储量、产量,还是出口量,中国在世界稀土市场上占有举足轻重的地位。

在中国稀土事业迅速发展的同时,应该清醒的看到,中国在稀土深加工方面,在稀土功能材料的开发和应用技术方面并不站在世界前列,与世界先进水平还有相当大的差距,需要我们奋起迎头赶上。目前中国稀土资源利用的特点是,一方面出口原料和粗产品;另一方面却在进口产品和精制品。因此,在中国开展稀土精细加工和稀土功能材料的研究,具有独特的意义。这是中国21世纪化学化工的重大课题,而稀土发光材料的研究将是它的一个主攻方向。

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