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1.3.2 稀土发光材料的发光原理
物质的发光主要分为两类，其一为物质受热，产生热辐射从而发光；其二为物体受激发吸收能量从而跃迁至激发态，在返回基态的过程中以光的形式释放能量[7]。
以稀土化合物为基质，稀土元素为激活剂的发光材料多属于后者。其原因是稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当其4f能级的电子跃迁至不同的能级，而产生不同的吸收和发射光谱。
稀土元素电子层结构的特点有:镧系元素电子在4f轨道上填充，4f轨道的角量子数l=3，磁量子数m可取-3、-2、-1、0、1、2、3等7个值,即4f亚层具有7个4f轨道，由Pauli不相容原理可知，一个原子轨道只能容纳自旋相反的两个电子，所以4f亚层只能容纳14个电子，则镧系原子电子依次从0增加到14[8]。镧系元素原子的电子层结构有[Xe]4f116s2和[Xe]4fn-15d16s2两种，虽然钪和钇没有4f电子，但其外层具有（n-1）d1ns2的电子层构型，因此也将它们划为稀土元素[9]。
目前稀土描述激活发光材料的发光机理中最具有代表性的就是晶体场理论和J-O理论。其中，晶体场理论认为，渗入到晶体中的稀土离子收到周围晶格离子产生的晶体场的影响，离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化，稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心进而发光，中心发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的[10]。J-O理论是由B.R. Jubb和G.S.Ofelt共同创立的，用来研究稀土离子辐射跃迁理论模型，利用基态到激发态跃迁的吸收峰的积分强度，计算出电偶极跃迁和电多级跃迁的阵子强度，进一步计算出各跃迁几率。
1.3.3 稀土发光材料的分类
广义而言，稀土发光材料即为含有稀土元素的发光材料，其种类很多，在此按照以下类别分类:稀土的作用、激发方式和应用范围等。
表1.1 稀土发光材料的分类
分类标准 类别
稀土的作用 1.稀土离子作为激活剂（材料基质为稀土化合物，如Y2O3:Eu3+等；材料基质为非稀土化合物，如SrAl2O4:Eu2+等）；2. 稀土化合物作为基质材料（如Y2O3、La2O3和Gd2O3等），或稀土与过度元素共同构成的化合物作为基质材料（如YVO4等）
激发方式 1. 光致发光（紫外线激发）材料；2. 阴极射线发光（电子束流激发）材料；
3.电致发光（直流或交流电激发）材料；4. 高能量光子激发发光（X射线或γ射线激发）材料；5. 光激励发光（晶体受电离辐射激发后再经光激励）材料；3. 热释发光（晶体受电离辐射激发后再经热激励）材料。
应用范围 1.照明材料（灯用荧光粉）；2.显示材料（包括阴极射线发光材料和平板显示材料）；3.检测材料（如X射线发光材料和闪烁体等）
1.3.4 稀土发光材料的优点
稀土发光材料特有的电子层结构注定了它具有发光方面的优势，它的发光优势如下:
和一般元素相比，稀土元素具有丰富的电子能级，即特殊的4f电子层构型，从紫外光、可见光到近红外区都能找到其吸收或发射波长，这也使得稀土发光材料具有了丰富多变的荧光特性；
由4f电子层位于内层轨道，而屏蔽效应使得其受能级差极小等因素，4f-4f跃迁具有发光色纯度，谱线尖锐的特点；
f-f的△l=0，而d-f的△l=1，因此这两种跃迁的寿命完全不同，这也使得稀土发光材料的荧光寿命跨越了纳秒到毫秒6个数量级[11]；
吸收激发能量的能力强，转换效率高[12]；
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