Los materiales fotoluminiscentes que utilizan elementos de tierras raras desempeñan un papel muy importante en nuestra vida y trabajo, ya que no solo nos proporcionan luz, sino que también hacen que nuestra vida sea más colorida. Las fuentes de luz de ahorro de energía, los televisores, los teléfonos móviles, los monitores de ordenador, los equipos de inspección médica, etc., que utilizamos a diario, no pueden prescindir de los materiales fotoluminiscentes. Entonces, ¿qué son los materiales fotoluminiscentes?
Al agregar una cantidad adecuada de elementos de tierras raras a los materiales fluorescentes, estos pueden emitir luz de diferentes colores. Los materiales fotoluminiscentes son aquellos que pueden convertir la energía absorbida de alguna forma en radiación de luz. La luz emitida por los materiales fotoluminiscentes es de tipo frío, a diferencia de la radiación de luz de los cuerpos calientes, que depende de la temperatura. En cambio, la longitud de onda de la luz emitida por los materiales fotoluminiscentes depende principalmente de la diferencia de energía entre los niveles de excitación y el nivel fundamental de los materiales fotoluminiscentes.
Los iones de lantánidos bivalentes o trivalentes, excepto La3+ y Lu3+, son particularmente adecuados como materiales fotoluminiscentes debido a su capa de 4f incompleta, la riqueza de la estructura de niveles de energía dentro de la configuración f-f de los electrones de 4f y entre los niveles de energía 4f-5d, y el hecho de que la órbita 5d se encuentra en la superficie del ion, lo que facilita que los ligandos circundantes provoquen cambios en la estructura de niveles de energía. Por lo tanto, a diferencia de la radiación de luz de los cuerpos calientes, que depende de la temperatura, la longitud de onda de la luz emitida por los materiales fotoluminiscentes depende principalmente de la diferencia de energía entre los niveles de excitación y el nivel fundamental de los materiales fotoluminiscentes.
Debido a que hay 12 elementos de tierras raras comúnmente utilizados en los materiales fotoluminiscentes, exactamente el mismo número que las vitaminas necesarias para el cuerpo humano, y dado que la cantidad de tierras raras dopadas en los materiales fotoluminiscentes es mínima, similar a la cantidad de vitaminas necesarias para el cuerpo humano, algunas personas comparan metafóricamente a las tierras raras con las "vitaminas" de los materiales fotoluminiscentes.
Los iones de tierras raras pueden combinarse con materia orgánica para formar materiales fotoluminiscentes orgánicos de tierras raras, o pueden incorporarse en materiales inorgánicos para formar materiales fotoluminiscentes inorgánicos. Los materiales fotoluminiscentes de tierras raras pueden ser materiales cristalinos (como la fosforescencia, etc.), o materiales no cristalinos o amorfos (como el vidrio fotoluminiscente, etc.). Los iones de tierras raras generalmente se utilizan en los materiales fotoluminiscentes como activadores del centro de luminiscencia o sensibilizadores, y algunas tierras raras también se utilizan como materiales de matriz debido a su buena estabilidad.
Los materiales fotoluminiscentes de tierras raras necesitan absorber energía y excitarse para emitir luz, pero la forma de la energía absorbida puede ser muy variada, ya sea energía luminosa, energía eléctrica, rayos X y partículas de alta energía, o energía química, energía biológica o energía mecánica. Por lo tanto, además de su uso en iluminación y visualización, los materiales fotoluminiscentes de tierras raras también tienen aplicaciones muy amplias en campos como la prevención de falsificaciones, la salud, la producción agrícola, el almacenamiento de información y la exploración aeroespacial.