稀土發(fā)光材料點亮“光時代”

魯楠

聯(lián)合國將2015年設(shè)定為“國際光年”，以此來紀(jì)念人類在光領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)。人類在追求“光明”的歷程中，發(fā)現(xiàn)不斷，創(chuàng)新不止，特別是稀土發(fā)光材料正點亮嶄新的“光時代”……

陽光、火光、燈光都是因熱而生的光，要生成這些光需要消耗熱能。因為有節(jié)能環(huán)保的需要，所以科學(xué)家不斷追尋這樣一個科技夢想：能不能找到不發(fā)熱或是少發(fā)熱也能發(fā)光的“燈具”？

經(jīng)過不懈努力，1974年荷蘭的科學(xué)家“閑來無事”，意外將釔的化合物添加到熒光粉中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將這些添加了釔元素的熒光粉涂在燈泡內(nèi)壁上后，發(fā)出了明亮的光，并且燈泡還不怎么熱。難道釔元素能改變光的產(chǎn)生方式，它能成為制造冷光源的秘密武器嗎？

經(jīng)過進(jìn)一步研究，科學(xué)家最終發(fā)現(xiàn)：除了釔元素，還有鑭元素、釤元素、銪元素等都能改變原本先發(fā)熱再發(fā)光的“定理”，讓燈泡不發(fā)熱也能發(fā)出光來。

人們很早就知道地殼巖石里含有許多金屬元素，從巖石中提煉金屬的活動成為歷史悠久的生產(chǎn)方式。從巖石中提取鐵、銅可以制槍造炮，提取黃金白銀可以做交易儲財富。所以金、銀、銅、鐵是人們從巖石中最愿意提煉的金屬。直到18世紀(jì)，人們還不怎么知道開采釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪等金屬，因為這些金屬在人們的印象里非常稀有，再加上含有這些元素的礦物的樣子又很像土壤，于是被統(tǒng)稱為“稀土”。

直到人們發(fā)現(xiàn)稀土可以改變發(fā)光方式，用稀土發(fā)光材料可以造光，造出一個光彩奪目的世界之后，稀土才成為今天的科技“寵兒”。

稀土發(fā)光材料按照發(fā)光方式的不同，有許多品種。用普通光照射稀土發(fā)光材料，如果會激發(fā)它發(fā)出更明亮的光，這種稀土材料稱為“以光致光材料”。用射線“刺激”稀土發(fā)光材料，它一經(jīng)“刺激”便光彩奪目，這種稀土材料稱為“射線致光材料”。稀土材料是金屬產(chǎn)品，具有導(dǎo)電性，給有的稀土發(fā)光材料通電，就會變得“光芒四射”，這樣的材料稱為“電致發(fā)光材料”。還有的稀土發(fā)光材料照射不發(fā)光，通電也不發(fā)光，但是一摩擦就閃閃發(fā)光，這種材料當(dāng)然就叫“摩擦發(fā)光材料”了。有些稀土發(fā)光材料更是奇妙無比，遇到“活性蛋白質(zhì)”時才會發(fā)光，這種很有生命感的稀土發(fā)光材料被稱為“稀土生物光源材料”。有的稀土發(fā)光材料泡進(jìn)特制的溶液里就發(fā)光，被稱為“稀土化學(xué)發(fā)光材料”。稀土發(fā)光材料無奇不有，千奇百怪，有著像孫悟空七十二變一樣的發(fā)光本領(lǐng)。稀土發(fā)光材料變化無窮的發(fā)光本領(lǐng)，以光彩奪目的姿態(tài)，讓人類的“光事業(yè)”不斷涌現(xiàn)出許多意想不到的光產(chǎn)品。

一般認(rèn)為稀土發(fā)光材料是人為制造出來的工業(yè)產(chǎn)品，但是一群深海潛水愛好者的發(fā)現(xiàn)卻顛覆了這個結(jié)論。2013年9月，一些深海潛水者在印度洋東部海域，發(fā)現(xiàn)海底“一片光明”。他們把海底的發(fā)光物打撈出來之后，發(fā)現(xiàn)就是一些海底泥，正是這些海底泥在發(fā)光。經(jīng)進(jìn)一步研究，這些海底泥原來是天然存在的稀土發(fā)光材料，不需要任何加工，只要把這些海底泥涂到墻上，就可以得到明亮的可見光。自然界中為什么存在這么多能充當(dāng)涂料使用的稀土發(fā)光材料呢？這是深邃的海底又一項值得研究的神秘發(fā)現(xiàn)。

寶石出深山，要想在深山中得到一塊熠熠生輝的“發(fā)光寶石”極不容易?？墒怯辛讼⊥涟l(fā)光材料后，得到一塊“發(fā)光寶石”是一件稀松平常的事：一塊普通石頭，涂上“光致發(fā)光材料”，然后再添加一些“摩擦發(fā)光材料”，這塊普通石頭就會變成一塊發(fā)光寶石了。用燈光一照，它光彩照人；輕輕摩擦，它會產(chǎn)生電石火光。呵呵，稀土發(fā)光材料，可以把普通石頭偽裝成發(fā)光寶石，以后遇到有人說賣掉手頭的發(fā)光寶石，可要小心嘍：會不會是用稀土發(fā)光材料造的假呀？

2014年9月，“廣州光谷”設(shè)立。“廣州光谷”重點研發(fā)的八大光技術(shù)中，“稀土發(fā)光材料”的研發(fā)和推廣是重中之重的首要任務(wù)。

將稀土發(fā)光材料應(yīng)用于LED（發(fā)光二極管）產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)，占領(lǐng)稀土發(fā)光材料科技的制高點，是我國設(shè)立“廣州光谷”的戰(zhàn)略舉措?！皬V州光谷”項目的參與者，中山大學(xué)蘇鏘教授充滿希望地說：“我現(xiàn)在到處宣傳稀土的好處，因為我們要重視稀土發(fā)光材料研究，這是一個好東西！”

LED顯示屏是現(xiàn)代電子工業(yè)的“主件”之一。以前，LED顯示屏都是基于多晶硅技術(shù)開發(fā)的。我國在多晶硅LED顯示屏技術(shù)上比發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平落后大約10年之久，這種落后導(dǎo)致我們的電子產(chǎn)品總是缺少“自主”的底氣。

多晶硅顯示屏技術(shù)我們落后了，稀土顯示屏技術(shù)我們不可以再繼續(xù)落后，因為它將是“光時代”關(guān)系國計民生的一項大產(chǎn)業(yè)?！皬V州光谷”的設(shè)立，就是要讓中國的稀土顯示屏技術(shù)走在世界前列?！皬V州光谷”聚集了國內(nèi)許多稀土發(fā)光材料研究的頂尖科學(xué)家，他們聯(lián)手努力，已經(jīng)掌握了各種顏色LED稀土發(fā)光材料的制造技術(shù)，3D稀土發(fā)光材料的制備技術(shù)也有了巨大突破。

把鎵的化合物砷化鎵置于LED中可以發(fā)紅光，把鎵的化合物磷化鎵置于LED中能發(fā)綠光。但是把什么樣的稀土化合物置于LED中能發(fā)藍(lán)光呢？科學(xué)家們經(jīng)過千萬次實驗，一直沒有得到讓LED發(fā)藍(lán)光的稀土材料，眾多科學(xué)家認(rèn)為藍(lán)光LED是光學(xué)界的“哥德巴赫猜想”，只可“猜想”，無法“制得”，于是放棄藍(lán)光LED研究工作?？墒强茖W(xué)家赤崎勇、天野浩和中村修二卻堅持研究藍(lán)光LED而不退卻，歷經(jīng)三十年的刻苦鉆研，終于將藍(lán)光LED研制成功——把鎵的化合物置于LED中可發(fā)藍(lán)光的研究成果，獲得了2014年度的諾貝爾物理學(xué)獎。

傳統(tǒng)的LED都是硬屏，硬屏越大越不好安裝使用。比如商業(yè)演出所需要的LED背景屏越來越大，搭建一個舞臺，大量的人力物力都用在安裝LED背景屏上。有沒有一種顯示屏，不論它有多么大，運(yùn)輸?shù)臅r候可以卷起來，安裝的時候則可以直接掛起來呢？這不是天方夜譚，把稀土發(fā)光材料涂到一層特制薄膜上，就可以制成LED軟屏了。這種稀土軟屏可以任意彎曲折疊，運(yùn)輸和安裝都變得非常方便。