In unserem Leben und bei unserer Arbeit spielen Faserleuchtstoffmaterialien, die Seltene Erden enthalten, eine sehr wichtige Rolle. Sie bringen uns nicht nur Licht, sondern bereichern auch unser Leben. Alltagsgegenstände wie energieeffiziente Lichtquellen, Fernseher, Mobiltelefone, Computermonitore und medizinische Röntgengeräte sind auf Leuchtstoffmaterialien angewiesen. Doch was sind Leuchtstoffmaterialien überhaupt?
Durch den Zusatz geeigneter Mengen an Seltenen Erden in Fluoreszenzmaterialien können diese unterschiedliche Farben emittieren. Leuchtstoffmaterialien sind Materialien, die die absorbierte Energie in Form von Licht abgeben. Das von Leuchtstoffmaterialien emittierte Licht ist kaltes Licht und unterscheidet sich von der Wärmestrahlung heißer Objekte. Bei kalten Leuchtstoffmaterialien wird das Objekt durch externe Energieanregung aus dem thermischen Gleichgewichtszustand (Grundzustand) herausgeführt. Wenn das angeregte Zustand wieder in den Grundzustand zurückkehrt, wird ein Teil der absorbierten Energie in Form von Lichtstrahlung freigesetzt. Daher hängt die Wellenlänge des von Leuchtstoffmaterialien emittierten Lichts nicht von der Temperatur ab, sondern vor allem von der Energiedifferenz zwischen dem angeregten Zustand und dem Grundzustand des Leuchtstoffmaterials.
Die zweiwertigen oder dreiwertigen Ionen der übrigen Lanthaniden außer La3+ und Lu3+ eignen sich besonders gut als Leuchtstoffmaterialien, da ihre 4f-Elektronen in der f-f-Konfiguration und zwischen den 4f- und 5d-Energieniveaus eine reichhaltige Energiestruktur aufweisen und die 5d-Orbitale auf der Oberfläche der Ionen liegen, die leicht durch umgebende Liganden beeinflusst werden können, was zu einer Veränderung der Energiestruktur führt. Daher zeigen die Absorptions-, Anregungs- und Emissionsspektren von Leuchtstoffmaterialien einen weiten und inhaltsreichen Bereich. Am Beispiel von Gd3+ zeigt sich, dass es 3432 Elektronenniveaus gibt. Das Spektrum der Seltenen Erden kann von Vakuum-UV-Licht über sichtbares Licht bis hin zu Nah-Infrarot-Licht reichen und zeigt Leuchtstoffeigenschaften, die mit anderen Elementen nicht erreicht oder ersetzt werden können.
Da in Leuchtstoffmaterialien häufig zwölf verschiedene Seltene Erden verwendet werden, genau wie die zwölf Vitamine, die der menschliche Körper benötigt, und die Konzentration der Seltenen Erden in Leuchtstoffmaterialien minimal ist, ähnlich wie die Konzentration der Mikronährstoffe im menschlichen Körper, werden die Seltenen Erden von manchen als „Vitamine“ für Leuchtstoffmaterialien bezeichnet.
Seltene Erden-Ionen können mit organischen Materialien zu seltenen Erden-organischen Leuchtstoffmaterialien oder mit anorganischen Materialien zu anorganischen Leuchtstoffmaterialien kombiniert werden. Seltene Erden-Leuchtstoffmaterialien können kristalline Materialien (wie Phosphor) oder amorphe oder nichtkristalline Materialien (wie Leuchtglas) sein. Seltene Erden-Ionen werden in Leuchtstoffmaterialien häufig als Leuchtzentrum-Aktivator oder Sensibilisator verwendet, und einige Seltene Erden werden aufgrund ihrer guten Stabilität auch als Matrixmaterial für Leuchtstoffmaterialien verwendet.
Seltene Erden-Leuchtstoffmaterialien müssen Energie absorbieren und emittieren, um zu leuchten, aber die Form der absorbierten Energie kann vielfältig sein, einschließlich Lichtenergie, elektrische Energie oder Röntgenstrahlen und hochenergetische Teilchen, aber auch chemische Energie, biologische Energie oder mechanische Energie. Daher werden Seltene Erden-Leuchtstoffmaterialien nicht nur in der Beleuchtung und Anzeige, sondern auch in den Bereichen Fälschungsschutz, Gesundheitswesen, landwirtschaftliche Produktion, Informationsspeicherung und Weltraumforschung weit verbreitet eingesetzt.