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| 內容簡介： |
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无机稀土发光新材料是我国高效利用稀土战略资源的核心材料之一，是发光材料的研究热点，在照明、显示等应用领域处于主导地位。《无机稀土发光新材料与应用》是战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系——“先进功能材料与技术”系列教材之一。内容涵盖了稀土离子发光的基本原理、稀土固体发光材料的晶体结构和制备方法，进而总结了各类无机稀土发光新材料及其应用，旨在帮助读者全面掌握无机稀土发光新材料的相关知识。同时，本书还对无机稀土发光新材料的前沿交叉与未来展望进行了分析，为读者进一步打开了探索发光新材料世界的大门。本书理论与实践并重，系统性强，也是稀土发光材料研究领域最新成果和进展的总结，适合材料科学与工程、化学、物理学以及光学等专业的高年级本科生、研究生以及相关领域的科研人员作为教材和参考书使用，尤其适用于无机功能材料、无机非金属材料、稀土发光材料与器件、光电材料与器件等课程的教学。
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| 關於作者： |
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夏志国，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室教授，曾获得国家自然科学基金优青项目资助，入选北京市科技新星，新世纪优秀人才，英国皇 家化学会会士等；现为中国稀土学会理事、中国颗粒学会发光颗粒专业委员会秘书长。主要研究方向为无机稀土发光材料及光源器件应用，以通讯作者在Nat.Photon.、Nat. Commun.、Sci.Adv.、Adv.Mater.、J.Am.Chem.Soc.和Angew. Chem.Int.Ed.等期刊上发表学术论文200余篇，被引20000余次。获授权中国发明专利15项（3项已转让）、申请PCT专利2项。Journal of Materials Chemistry C和Materials Advances期刊副主编、Elsevier出版社Journal of Luminescence期刊编辑，硅酸盐学报、Science China Materials、ACS Materials Au等期刊编委。2021年获稀土科学技术奖基础研究类一等奖（第 一完成人）、2022年获自然科学奖二等奖（第 一完成人）。
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| 目錄：
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1 稀土离子发光的基本原理 001
1.1 稀土元素、价态和离子的电子组态 001
1.1.1 稀土元素的分类 001
1.1.2 稀土元素的电子层结构及价态 002
1.2 稀土离子的光谱项与能级 004
1.3 稀土离子的典型跃迁 008
1.3.1 ff跃迁 008
1.3.2 fd跃迁 009
1.3.3 电荷迁移跃迁 011
1.3.4 其他典型发光离子跃迁 012
1.4 稀土离子发光的能量传递 014
1.5 稀土离子发光特性的常用测量参数 016
1.5.1 光与颜色 016
1.5.2 吸收光谱和漫反射光谱 017
1.5.3 发射光谱和激发光谱 018
1.5.4 发光衰减 019
1.5.5 余辉光谱和热释光谱 020
1.5.6 发光效率 020
习题 021
参考文献 021
2 稀土固体发光材料的晶体结构基础 022
2.1 固体能带理论与稀土离子发光 022
2.1.1 固体能带理论 023
2.1.2 稀土离子电子结构图的构筑 027
2.1.3 HRBE和VRBE电子结构图的应用 029
2.1.4 稀土离子能级对基质能带的依赖性 032
2.1.5 电荷迁移带对基质能带的依赖性 033
2.2 固体材料的结晶学基础与稀土离子占位 035
2.2.1 晶体结构与空间点阵 035
2.2.2 晶体场理论 038
2.2.3 稀土离子4f5d跃迁晶体场劈裂与格位占据构效关系 040
2.3 稀土固体发光材料的新基质结构发现 044
2.3.1 晶体结构数据库筛选试错 044
2.3.2 基于矿物晶体结构模型设计 045
2.3.3 单颗粒诊断 053
2.3.4 高通量计算与预测 054
2.4 组分调变及稀土离子发光的影响 057
2.4.1 基质阳离子取代调变发光 057
2.4.2 络合阳离子取代调变发光 059
2.4.3 阴离子取代调变发光 059
2.4.4 阳离子阴离子共取代调变发光 061
2.5 缺陷工程对稀土离子发光的影响 063
2.5.1 晶格中的主要缺陷 064
2.5.2 缺陷的构筑与表征 064
2.5.3 缺陷能级调控荧光热稳定性研究 065
2.5.4 缺陷工程调控长余辉性能研究 066
2.5.5 缺陷工程调控应力发光研究 067
2.5.6 晶格缺陷形成与自还原 069
2.6 稀土固体发光材料的结构分析方法 070
2.6.1 X射线粉末衍射物相结构分析 071
2.6.2 X射线单晶结构分析 074
2.6.3 固体核磁结构分析 076
2.6.4 拉曼光谱结构分析 078
2.6.5 扩展X射线吸收精细结构分析 080
2.6.6 其他的结构分析方法 082
习题 083
参考文献 084
3 稀土发光材料的制备方法 085
3.1 粉体材料及纳米晶的制备 085
3.1.1 稀土粉体发光材料的制备 085
3.1.2 稀土纳米发光材料的制备 093
3.2 稀土发光玻璃及稀土掺杂玻璃光纤的制备 098
3.2.1 稀土发光玻璃的制备 098
3.2.2 稀土掺杂玻璃光纤的制备 100
3.3 稀土荧光陶瓷的制备 106
3.3.1 粉体制备 106
3.3.2 成型技术 106
3.3.3 烧结方法 109
3.4 稀土发光晶体生长 113
3.4.1 气相生长法 113
3.4.2 溶液生长法 114
3.4.3 熔融法 116
3.4.4 固相生长法 117
习题 117
参考文献 117
4 稀土荧光粉与LED应用 118
4.1 稀土荧光粉转换型白光LED简介 118
4.1.1 单色LED工作原理 119
4.1.2 白光LED的实现方式 121
4.1.3 稀土荧光粉的机遇与挑战 122
4.2 白光LED照明用稀土荧光粉简介 124
4.2.1 白光LED照明用蓝色荧光粉 125
4.2.2 白光LED照明用青色荧光粉 125
4.2.3 白光LED照明用绿色荧光粉 125
4.2.4 白光LED照明用黄色荧光粉 128
4.2.5 白光LED照明用红色荧光粉 130
4.3 新兴的Eu2 激活近红外荧光粉 132
4.3.1 Eu2 激活氧化物近红外荧光粉 132
4.3.2 Eu2 激活氮化物近红外荧光粉 134
4.4 背光源显示用窄带绿色和红色荧光粉 135
4.4.1 窄带绿色荧光粉 136
4.4.2 窄带红色荧光粉 138
4.5 照明显示用稀土荧光粉的热稳定性提升策略 140
4.5.1 稀土掺杂荧光粉热猝灭机理 140
4.5.2 结构刚性提升荧光热稳定性 141
4.5.3 缺陷工程提升荧光热稳定性 143
4.5.4 荧光粉包覆提升荧光热稳定性 145
4.5.5 复合玻璃技术提升荧光热稳定性 145
习题 146
参考文献 146
5 稀土上转换荧光纳米晶与应用 147
5.1 稀土离子的上转换发光机理与材料设计 148
5.1.1 上转换发光过程 148
5.1.2 上转换发光纳米晶 151
5.2 微结构调控对稀土纳米晶发光性质的影响 152
5.2.1 晶相调控 152
5.2.2 核壳结构上转换纳米晶 153
5.3 外场及温度调控对稀土纳米晶发光性质的影响 156
5.3.1 外场调控 156
5.3.2 温度调控 160
5.4 稀土上转换纳米晶的应用 161
5.4.1 生物成像 161
5.4.2 新型显示 162
5.4.3 信息加密与光学防伪 163
5.4.4 温度传感 164
习题 168
参考文献 168
6 稀土发光晶体、玻璃、陶瓷与光纤及应用 169
6.1 稀土发光晶体材料与应用 169
6.1.1 稀土激光晶体 169
6.1.2 稀土闪烁晶体 178
6.1.3 稀土自倍频晶体 183
6.2 稀土发光玻璃与应用 185
6.2.1 激光钕、铒玻璃及应用 185
6.2.2 稀土光热敏折变玻璃及体光栅器件 189
6.2.3 纳米晶复合玻璃闪烁体 191
6.2.4 稀土荧光玻璃 195
6.3 稀土发光陶瓷与应用 199
6.3.1 激光照明用透明陶瓷 199
6.3.2 闪烁陶瓷 201
6.3.3 固态激光器用发光陶瓷 204
6.4 稀土光纤与应用 207
6.4.1 稀土光纤通信 207
6.4.2 稀土光纤激光器 211
6.4.3 稀土光纤传感器 215
习题 217
参考文献 217
7 稀土长余辉及应力发光材料与应用 218
7.1 长余辉发光机理模型 218
7.1.1 全局长余辉发光机理模型 219
7.1.2 局域长余辉发光机理模型 221
7.2 应力发光机理模型 224
7.2.1 断裂发光 224
7.2.2 非破坏性应力发光 224
7.3 稀土长余辉发光材料与应用 227
7.3.1 商用长余辉发光材料 227
7.3.2 新兴长余辉发光材料 231
7.3.3 可见光余辉测量标准 233
7.3.4 长余辉发光材料的应用 234
7.4 稀土应力发光材料与应用 238
7.4.1 起源与发展 238
7.4.2 重要发光参数 239
7.4.3 应力发光材料的应用 240
习题 245
参考文献 245
8 无机稀土发光新材料的前沿交叉与展望 246
8.1 有机发光二极管材料 247
8.1.1 OLED的结构与发光机理 247
8.1.2 OLED荧光和磷光材料 248
8.1.3 OLED延迟荧光材料 251
8.2 ⅡⅥ族及钙钛矿量子点发光材料 253
8.2.1 ⅡⅥ族量子点成核理论与制备 254
8.2.2 ⅡⅥ族量子点的修饰工程 255
8.2.3 金属卤化物钙钛矿量子点的制备与应用 260
8.2.4 钙钛矿量子点的应用与展望 262
8.3 碳点发光材料 263
8.3.1 碳点的合成方法与分类 264
8.3.2 碳点的发光起源与机理 265
8.3.3 碳点发光材料的应用与展望 267
8.4 低维金属卤化物发光材料与展望 269
8.4.1 低维金属卤化物发光材料的分类 269
8.4.2 低维金属卤化物发光材料的制备与发光机理 274
8.4.3 金属卤化物发光材料的应用与展望 277
习题 281
参考文献 281
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| 內容試閱：
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稀土是不可再生的重要战略资源，是高科技领域多种功能性材料的关键元素，因此，创制具有自主知识产权的高附加值稀土新材料，对于我国高效利用稀土资源，并推动我国现代工业及国防技术的发展具有深远意义。其中，稀土发光材料是稀土材料科学的重要分支，在照明与显示技术、信息探测与传感及生物医学等领域发挥着关键作用。随着科技的飞速发展，对高性能发光材料的需求持续增长，稀土发光材料因具有独特的电子结构、可调的发光特性和高性能、多场景应用等特点，逐渐成为材料科学研究的热点之一。因此，编辑出版关于稀土发光新材料的教材书籍，将有助于相关专业学生、从业人员及社会各界了解稀土发光材料的基础知识和学科发展动态。
本书旨在对无机稀土发光材料的基本原理和最新进展进行系统性的介绍：稀土离子的发光特性取决于其电子结构，稀土元素特有的 4f电子层使得其具备独特的光谱特征和能级分裂。多样化的无机化合物基质晶体结构为稀土离子提供了可调控的晶体场环境，不同的电子跃迁形式及局域结构的差异使稀土离子展现出丰富多彩的发光性能。本书的特色亮点在于紧密围绕稀土发光材料的新兴应用领域，结合作者近二十年来在此领域的研究积累，从无机稀土发光材料的发光理论与晶体结构基础出发，依次介绍了稀土发光材料的发光基础理论、结构设计原则、发光性能与晶体结构的构效关系，进一步涵盖了多种材料制备方法及其在不同光功能应用领域的最新进展和前沿交叉。
本书内容新颖、实践性和综合性较强，为读者呈现了一个系统且全面的稀土发光新材料的知识框架。因此，本书既适合于高等院校无机材料、功能材料、材料物理以及材料化学等专业的专业课教学，也适合于从事发光材料领域研究、开发、生产和应用人员以及其他材料、化学、光学、电子信息等相关专业学生参考，助力稀土发光新材料的高效利用与创新发展。
本书围绕无机稀土发光新材料在相关应用领域的基础理论和材料创制的最新进展展开，共分为 8章，分别为：稀土离子发光的基本原理、稀土固体发光材料的晶体结构基础、稀土发光材料的制备方法、稀土荧光粉与 LED应用、稀土上转换荧光纳米晶与应用、稀土发光晶体、玻璃、陶瓷与光纤及应用、稀土长余辉及应力发光材料与应用、无机稀土发光新材料的前沿交叉与展望。本书主编为夏志国，主要参编人员为乔建伟（编写第 2、4章）和赵鸣（编写第 1、3、7章），李亮（编写第 6、8章）、汪玉珍（编写第 5章）、周新全、孙永胜、苏彬彬、张帅、胡桃和邝宇航参与了本书的组稿和校对，全书由夏志国统稿和定稿。
作为华南理工大学“十四五”普通高等教育规划教材，本书的编写得到了华南理工大学材料科学与工程学院出版基金、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室和化学工业出版社各位老师的支持和帮助。在此，我们谨向他们表示衷心的感谢！
随着对稀土发光材料基础和应用研究的不断深入，新观点、新材料和新应用必将不断涌现。受编者知识面、专业水平及编写时间所限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请各位专家学者和广大读者提出宝贵意见，以便在未来的修订中不断完善和提高。
编者
2024年8月
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