無機稀土發(fā)光新材料是我國高效利用稀土戰(zhàn)略資源的核心材料之一，是發(fā)光材料的研究熱點，在照明、顯示等應用領(lǐng)域處于主導地位�！稛o機稀土發(fā)光新材料與應用》是戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域“十四五”高等教育教材體系——“先進功能材料與技術(shù)”系列教材之一。內(nèi)容涵蓋了稀土離子發(fā)光的基本原理、稀土固體發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)和制備方法，進而總結(jié)了各類無機稀土發(fā)光新材料及其應用，旨在幫助讀者全面掌握無機稀土發(fā)光新材料的相關(guān)知識。同時，本書還對無機稀土發(fā)光新材料的前沿交叉與未來展望進行了分析，為讀者進一步打開了探索發(fā)光新材料世界的大門。
本書理論與實踐并重，系統(tǒng)性強，也是稀土發(fā)光材料研究領(lǐng)域最新成果和進展的總結(jié)，適合材料科學與工程、化學、物理學以及光學等專業(yè)的高年級本科生、研究生以及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員作為教材和參考書使用，尤其適用于無機功能材料、無機非金屬材料、稀土發(fā)光材料與器件、光電材料與器件等課程的教學。
夏志國，華南理工大學發(fā)光材料與器件國家重點實驗室教授，曾獲得國家自然科學基金優(yōu)青項目資助，入選北京市科技新星，教育部新世紀優(yōu)秀人才，英國皇 家化學會會士等；現(xiàn)為中國稀土學會理事、中國顆粒學會發(fā)光顆粒專業(yè)委員會秘書長。主要研究方向為無機稀土發(fā)光材料及光源器件應用，以通訊作者在Nat.Photon.、Nat. Commun.、Sci.Adv.、Adv.Mater.、J.Am.Chem.Soc.和Angew. Chem.Int.Ed.等期刊上發(fā)表學術(shù)論文200余篇，被引20000余次。獲授權(quán)中國發(fā)明專利15項（3項已轉(zhuǎn)讓）、申請PCT專利2項。Journal of Materials Chemistry C和Materials Advances期刊副主編、Elsevier出版社Journal of Luminescence期刊編輯，硅酸鹽學報、Science China Materials、ACS Materials Au等期刊編委。2021年獲稀土科學技術(shù)獎基礎(chǔ)研究類一等獎（第 一完成人）、2022年獲教育部自然科學獎二等獎（第 一完成人）。
1 稀土離子發(fā)光的基本原理 001
1.1 稀土元素、價態(tài)和離子的電子組態(tài) 001
1.1.1 稀土元素的分類 001
1.1.2 稀土元素的電子層結(jié)構(gòu)及價態(tài) 002
1.2 稀土離子的光譜項與能級 004
1.3 稀土離子的典型躍遷 008
1.3.1 ff躍遷 008
1.3.2 fd躍遷 009
1.3.3 電荷遷移躍遷 011
1.3.4 其他典型發(fā)光離子躍遷 012
1.4 稀土離子發(fā)光的能量傳遞 014
1.5 稀土離子發(fā)光特性的常用測量參數(shù) 016
1.5.1 光與顏色 016
1.5.2 吸收光譜和漫反射光譜 017
1.5.3 發(fā)射光譜和激發(fā)光譜 018
1.5.4 發(fā)光衰減 019
1.5.5 余輝光譜和熱釋光譜 020
1.5.6 發(fā)光效率 020
習題 021
參考文獻 021
2 稀土固體發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 022
2.1 固體能帶理論與稀土離子發(fā)光 022
2.1.1 固體能帶理論 023
2.1.2 稀土離子電子結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)筑 027
2.1.3 HRBE和VRBE電子結(jié)構(gòu)圖的應用 029
2.1.4 稀土離子能級對基質(zhì)能帶的依賴性 032
2.1.5 電荷遷移帶對基質(zhì)能帶的依賴性 033
2.2 固體材料的結(jié)晶學基礎(chǔ)與稀土離子占位 035
2.2.1 晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣 035
2.2.2 晶體場理論 038
2.2.3 稀土離子4f5d躍遷晶體場劈裂與格位占據(jù)構(gòu)效關(guān)系 040
2.3 稀土固體發(fā)光材料的新基質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn) 044
2.3.1 晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫篩選試錯 044
2.3.2 基于礦物晶體結(jié)構(gòu)模型設(shè)計 045
2.3.3 單顆粒診斷 053
2.3.4 高通量計算與預測 054
2.4 組分調(diào)變及稀土離子發(fā)光的影響 057
2.4.1 基質(zhì)陽離子取代調(diào)變發(fā)光 057
2.4.2 絡合陽離子取代調(diào)變發(fā)光 059
2.4.3 陰離子取代調(diào)變發(fā)光 059
2.4.4 陽離子陰離子共取代調(diào)變發(fā)光 061
2.5 缺陷工程對稀土離子發(fā)光的影響 063
2.5.1 晶格中的主要缺陷 064
2.5.2 缺陷的構(gòu)筑與表征 064
2.5.3 缺陷能級調(diào)控熒光熱穩(wěn)定性研究 065
2.5.4 缺陷工程調(diào)控長余輝性能研究 066
2.5.5 缺陷工程調(diào)控應力發(fā)光研究 067
2.5.6 晶格缺陷形成與自還原 069
2.6 稀土固體發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)分析方法 070
2.6.1 X射線粉末衍射物相結(jié)構(gòu)分析 071
2.6.2 X射線單晶結(jié)構(gòu)分析 074
2.6.3 固體核磁結(jié)構(gòu)分析 076
2.6.4 拉曼光譜結(jié)構(gòu)分析 078
2.6.5 擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)分析 080
2.6.6 其他的結(jié)構(gòu)分析方法 082
習題 083
參考文獻 084
3 稀土發(fā)光材料的制備方法 085
3.1 粉體材料及納米晶的制備 085
3.1.1 稀土粉體發(fā)光材料的制備 085
3.1.2 稀土納米發(fā)光材料的制備 093
3.2 稀土發(fā)光玻璃及稀土摻雜玻璃光纖的制備 098
3.2.1 稀土發(fā)光玻璃的制備 098
3.2.2 稀土摻雜玻璃光纖的制備 100
3.3 稀土熒光陶瓷的制備 106
3.3.1 粉體制備 106
3.3.2 成型技術(shù) 106
3.3.3 燒結(jié)方法 109
3.4 稀土發(fā)光晶體生長 113
3.4.1 氣相生長法 113
3.4.2 溶液生長法 114
3.4.3 熔融法 116
3.4.4 固相生長法 117
習題 117
參考文獻 117
4 稀土熒光粉與LED應用 118
4.1 稀土熒光粉轉(zhuǎn)換型白光LED簡介 118
4.1.1 單色LED工作原理 119
4.1.2 白光LED的實現(xiàn)方式 121
4.1.3 稀土熒光粉的機遇與挑戰(zhàn) 122
4.2 白光LED照明用稀土熒光粉簡介 124
4.2.1 白光LED照明用藍色熒光粉 125
4.2.2 白光LED照明用青色熒光粉 125
4.2.3 白光LED照明用綠色熒光粉 125
4.2.4 白光LED照明用黃色熒光粉 128
4.2.5 白光LED照明用紅色熒光粉 130
4.3 新興的Eu2+激活近紅外熒光粉 132
4.3.1 Eu2+激活氧化物近紅外熒光粉 132
4.3.2 Eu2+激活氮化物近紅外熒光粉 134
4.4 背光源顯示用窄帶綠色和紅色熒光粉 135
4.4.1 窄帶綠色熒光粉 136
4.4.2 窄帶紅色熒光粉 138
4.5 照明顯示用稀土熒光粉的熱穩(wěn)定性提升策略 140
4.5.1 稀土摻雜熒光粉熱猝滅機理 140
4.5.2 結(jié)構(gòu)剛性提升熒光熱穩(wěn)定性 141
4.5.3 缺陷工程提升熒光熱穩(wěn)定性 143
4.5.4 熒光粉包覆提升熒光熱穩(wěn)定性 145
4.5.5 復合玻璃技術(shù)提升熒光熱穩(wěn)定性 145
習題 146
參考文獻 146
5 稀土上轉(zhuǎn)換熒光納米晶與應用 147
5.1 稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理與材料設(shè)計 148
5.1.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程 148
5.1.2 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米晶 151
5.2 微結(jié)構(gòu)調(diào)控對稀土納米晶發(fā)光性質(zhì)的影響 152
5.2.1 晶相調(diào)控 152
5.2.2 核殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米晶 153
5.3 外場及溫度調(diào)控對稀土納米晶發(fā)光性質(zhì)的影響 156
5.3.1 外場調(diào)控 156
5.3.2 溫度調(diào)控 160
5.4 稀土上轉(zhuǎn)換納米晶的應用 161
5.4.1 生物成像 161
5.4.2 新型顯示 162
5.4.3 信息加密與光學防偽 163
5.4.4 溫度傳感 164
習題 168
參考文獻 168
6 稀土發(fā)光晶體、玻璃、陶瓷與光纖及應用 169
6.1 稀土發(fā)光晶體材料與應用 169
6.1.1 稀土激光晶體 169
6.1.2 稀土閃爍晶體 178
6.1.3 稀土自倍頻晶體 183
6.2 稀土發(fā)光玻璃與應用 185
6.2.1 激光釹、鉺玻璃及應用 185
6.2.2 稀土光熱敏折變玻璃及體光柵器件 189
6.2.3 納米晶復合玻璃閃爍體 191
6.2.4 稀土熒光玻璃 195
6.3 稀土發(fā)光陶瓷與應用 199
6.3.1 激光照明用透明陶瓷 199
6.3.2 閃爍陶瓷 201
6.3.3 固態(tài)激光器用發(fā)光陶瓷 204
6.4 稀土光纖與應用 207
6.4.1 稀土光纖通信 207
6.4.2 稀土光纖激光器 211
6.4.3 稀土光纖傳感器 215
習題 217
參考文獻 217
7 稀土長余輝及應力發(fā)光材料與應用 218
7.1 長余輝發(fā)光機理模型 218
7.1.1 全局長余輝發(fā)光機理模型 219
7.1.2 局域長余輝發(fā)光機理模型 221
7.2 應力發(fā)光機理模型 224
7.2.1 斷裂發(fā)光 224
7.2.2 非破壞性應力發(fā)光 224
7.3 稀土長余輝發(fā)光材料與應用 227
7.3.1 商用長余輝發(fā)光材料 227
7.3.2 新興長余輝發(fā)光材料 231
7.3.3 可見光余輝測量標準 233
7.3.4 長余輝發(fā)光材料的應用 234
7.4 稀土應力發(fā)光材料與應用 238
7.4.1 起源與發(fā)展 238
7.4.2 重要發(fā)光參數(shù) 239
7.4.3 應力發(fā)光材料的應用 240
習題 245
參考文獻 245
8 無機稀土發(fā)光新材料的前沿交叉與展望 246
8.1 有機發(fā)光二極管材料 247
8.1.1 OLED的結(jié)構(gòu)與發(fā)光機理 247
8.1.2 OLED熒光和磷光材料 248
8.1.3 OLED延遲熒光材料 251
8.2 ⅡⅥ族及鈣鈦礦量子點發(fā)光材料 253
8.2.1 ⅡⅥ族量子點成核理論與制備 254
8.2.2 ⅡⅥ族量子點的修飾工程 255
8.2.3 金屬鹵化物鈣鈦礦量子點的制備與應用 260
8.2.4 鈣鈦礦量子點的應用與展望 262
8.3 碳點發(fā)光材料 263
8.3.1 碳點的合成方法與分類 264
8.3.2 碳點的發(fā)光起源與機理 265
8.3.3 碳點發(fā)光材料的應用與展望 267
8.4 低維金屬鹵化物發(fā)光材料與展望 269
8.4.1 低維金屬鹵化物發(fā)光材料的分類 269
8.4.2 低維金屬鹵化物發(fā)光材料的制備與發(fā)光機理 274
8.4.3 金屬鹵化物發(fā)光材料的應用與展望 277
習題 281
參考文獻 281
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