Eu3+掺杂SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)多功能铁电体的光致发光的性能与表征(3)
对于这类钙钛矿型层状化合物，通过选择和调节A位、B位离子的种类和计量比例，可使材料具有广泛的性质，包括超导电性[7]、巨磁电阻[8,9]、铁电性[10,11]、催化活性等[12]。
1.2.3 SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)的晶体结构
本实验所选用的作为光致发光材料的基质晶体为SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)的晶体。这种晶体是典型的钙钛矿结构，属于钙钛矿型层状化合物。
图1.4是SrBi2M2O9: Eu3+ (M = Ta, Nb) 多功能铁电体陶瓷的结构示意图。该结构是AU相结构（见图1.3），在公式{Bi2O2}-{An-1BnO3n+1}中，Sr2+离子占据A位而Ta或Nb则占据着B位，其中Ta或Nb的配位数是6，与6个氧离子组成牢固的正八面体结构，Sr的配位数是8。从图中可以看到含有钙钛矿型层状化合物由含有钙钛矿结构的二文层板与交互存在于层板间的阳离子或阳离子结构单元构成，是一种具有代表性的阳离子交换型层状化合物[13]。
在该晶格结构中，碱土金属M不可被取代，Eu3+将取代正二价Sr离子以完成掺杂，使Eu3+完成光的激发，这种层状钙钛矿陶瓷作为基质晶格，使激发剂有效的掺杂到晶格中，并且在光的激发与发射过程中，能量散射较少，所发出光性能更为优异。
图1.4 层状SrBi2M2O9晶体的结构示意图
1.3 稀土发光粒子简介
1.3.1 稀土元素概述
稀土元素（rare earth element）是元素周期表中ⅢB族中原子序数 21 的钪（Sc）、39 的钇（Y）和 57 的镧（La）至 71 的镥（Lu）等 17 个元素的总称。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)统一规定，原子序数 57~71 的 15 个元素：镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）又称为镧系元素（可用符号“Ln”表示），它们同位于元素周期表第 6周期 57 号位置上。由于它们外层电子构型基本相同，且化学性质活泼，非常难以将单一的稀土化合物分离或还原成金属[14]，这同时也使稀土元素的发现晚于其他常见元素。
稀土元素的发现，最早是 1794 年，著名芬兰化学家加多林（J.Gadolin）从硅铍钇矿中发现“钇土”（Yttria），即氧化钇开始的。由于当时的技术很难把它们分离成单独的元素，只能把稀土作为混合氧化物分离出来。当时习惯于将不溶于水的固体氧化物成为“土”，如氧化铝称为“陶土”，氧化钙称为“碱土”等，因此也将镧系元素和钇的氧化物称为“稀土”。但其实稀土既不“稀少”也并不像土，而是典型的金属元素，活泼性仅次于碱金属和碱土金属。从 1794 年发现钇开始一直到1974 年由马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Gelendenin）等从原子能反应堆用过的铀燃料中成功分离出的 61 号元素，即稀土的最后一个元素。至此，从自然界中取得全部的稀土元素共跨越了3个世纪，历时 170 多年[15,16]。
稀土元素有着能级相近的内层 4f 电子和结构相同的外层电子，这种独特的电子构型使得稀土化合物表现出许多的特殊化学性质和物理性质，在光、电、磁性方面尤为突出。利用这些特性可以制备成许多高科技的新材料，因而被视作新型材料的“宝库”。美国国防部和日本科技厅均把除 Pm以外的另外16 种稀土元素列入全球高科技元素的行列，世界上各科技大国均大力开展对于稀土元素的应用技术研究，平均 3~5 年就在应用领域产生新的突破，因此大大推动了稀土理论和稀土材料的发展。
我国的稀土储量占全世界总量的50%，且品种齐全。改革开放后我国利用
丰富的资源成为世界最大的稀土生产国家，全球约 95%以上的稀土金属都是由中国供应[17]。但我国对于稀土功能材料的应用研发和深加工技术却相对落后，对外出口多为粗产品或是原料，精制品多数还需进口获得，因此在我国稀土精细加工的发展和稀土功能材料的应用研究，具有独特且深远的意义，其中稀土发光材料的的应用研究将是一个主攻方向。
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