稀土发光材料点亮“光时代”

鲁楠

联合国将2015年设定为“国际光年”，以此来纪念人类在光领域的重大发现。人类在追求“光明”的历程中，发现不断，创新不止，特别是稀土发光材料正点亮崭新的“光时代”……

阳光、火光、灯光都是因热而生的光，要生成这些光需要消耗热能。因为有节能环保的需要，所以科学家不断追寻这样一个科技梦想：能不能找到不发热或是少发热也能发光的“灯具”？

经过不懈努力，1974年荷兰的科学家“闲来无事”，意外将钇的化合物添加到荧光粉中，结果发现将这些添加了钇元素的荧光粉涂在灯泡内壁上后，发出了明亮的光，并且灯泡还不怎么热。难道钇元素能改变光的产生方式，它能成为制造冷光源的秘密武器吗？

经过进一步研究，科学家最终发现：除了钇元素，还有镧元素、钐元素、铕元素等都能改变原本先发热再发光的“定理”，让灯泡不发热也能发出光来。

人们很早就知道地壳岩石里含有许多金属元素，从岩石中提炼金属的活动成为历史悠久的生产方式。从岩石中提取铁、铜可以制枪造炮，提取黄金白银可以做交易储财富。所以金、银、铜、铁是人们从岩石中最愿意提炼的金属。直到18世纪，人们还不怎么知道开采钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕等金属，因为这些金属在人们的印象里非常稀有，再加上含有这些元素的矿物的样子又很像土壤，于是被统称为“稀土”。

直到人们发现稀土可以改变发光方式，用稀土发光材料可以造光，造出一个光彩夺目的世界之后，稀土才成为今天的科技“宠儿”。

稀土发光材料按照发光方式的不同，有许多品种。用普通光照射稀土发光材料，如果会激发它发出更明亮的光，这种稀土材料称为“以光致光材料”。用射线“刺激”稀土发光材料，它一经“刺激”便光彩夺目，这种稀土材料称为“射线致光材料”。稀土材料是金属产品，具有导电性，给有的稀土发光材料通电，就会变得“光芒四射”，这样的材料称为“电致发光材料”。还有的稀土发光材料照射不发光，通电也不发光，但是一摩擦就闪闪发光，这种材料当然就叫“摩擦发光材料”了。有些稀土发光材料更是奇妙无比，遇到“活性蛋白质”时才会发光，这种很有生命感的稀土发光材料被称为“稀土生物光源材料”。有的稀土发光材料泡进特制的溶液里就发光，被称为“稀土化学发光材料”。稀土发光材料无奇不有，千奇百怪，有着像孙悟空七十二变一样的发光本领。稀土发光材料变化无穷的发光本领，以光彩夺目的姿态，让人类的“光事业”不断涌现出许多意想不到的光产品。

一般认为稀土发光材料是人为制造出来的工业产品，但是一群深海潜水爱好者的发现却颠覆了这个结论。2013年9月，一些深海潜水者在印度洋东部海域，发现海底“一片光明”。他们把海底的发光物打捞出来之后，发现就是一些海底泥，正是这些海底泥在发光。经进一步研究，这些海底泥原来是天然存在的稀土发光材料，不需要任何加工，只要把这些海底泥涂到墙上，就可以得到明亮的可见光。自然界中为什么存在这么多能充当涂料使用的稀土发光材料呢？这是深邃的海底又一项值得研究的神秘发现。

宝石出深山，要想在深山中得到一块熠熠生辉的“发光宝石”极不容易。可是有了稀土发光材料后，得到一块“发光宝石”是一件稀松平常的事：一块普通石头，涂上“光致发光材料”，然后再添加一些“摩擦发光材料”，这块普通石头就会变成一块发光宝石了。用灯光一照，它光彩照人；轻轻摩擦，它会产生电石火光。呵呵，稀土发光材料，可以把普通石头伪装成发光宝石，以后遇到有人说卖掉手头的发光宝石，可要小心喽：会不会是用稀土发光材料造的假呀？

2014年9月，“广州光谷”设立。“广州光谷”重点研发的八大光技术中，“稀土发光材料”的研发和推广是重中之重的首要任务。

将稀土发光材料应用于LED（发光二极管）产品的创新开发，占领稀土发光材料科技的制高点，是我国设立“广州光谷”的战略举措。“广州光谷”项目的参与者，中山大学苏锵教授充满希望地说：“我现在到处宣传稀土的好处，因为我们要重视稀土发光材料研究，这是一个好东西！”

LED显示屏是现代电子工业的“主件”之一。以前，LED显示屏都是基于多晶硅技术开发的。我国在多晶硅LED显示屏技术上比发达国家的技术水平落后大约10年之久，这种落后导致我们的电子产品总是缺少“自主”的底气。

多晶硅显示屏技术我们落后了，稀土显示屏技术我们不可以再继续落后，因为它将是“光时代”关系国计民生的一项大产业。“广州光谷”的设立，就是要让中国的稀土显示屏技术走在世界前列。“广州光谷”聚集了国内许多稀土发光材料研究的顶尖科学家，他们联手努力，已经掌握了各种颜色LED稀土发光材料的制造技术，3D稀土发光材料的制备技术也有了巨大突破。

把镓的化合物砷化镓置于LED中可以发红光，把镓的化合物磷化镓置于LED中能发绿光。但是把什么样的稀土化合物置于LED中能发蓝光呢？科学家们经过千万次实验，一直没有得到让LED发蓝光的稀土材料，众多科学家认为蓝光LED是光学界的“哥德巴赫猜想”，只可“猜想”，无法“制得”，于是放弃蓝光LED研究工作。可是科学家赤崎勇、天野浩和中村修二却坚持研究蓝光LED而不退却，历经三十年的刻苦钻研，终于将蓝光LED研制成功——把镓的化合物置于LED中可发蓝光的研究成果，获得了2014年度的诺贝尔物理学奖。

传统的LED都是硬屏，硬屏越大越不好安装使用。比如商业演出所需要的LED背景屏越来越大，搭建一个舞台，大量的人力物力都用在安装LED背景屏上。有没有一种显示屏，不论它有多么大，运输的时候可以卷起来，安装的时候则可以直接挂起来呢？这不是天方夜谭，把稀土发光材料涂到一层特制薄膜上，就可以制成LED软屏了。这种稀土软屏可以任意弯曲折叠，运输和安装都变得非常方便。