“發光元素”點亮我們的生活

曲建翹

還記得2016年里約奧運會開幕式上那生長茂盛的亞馬孫大森林嗎？還記得G20杭州會議上的西湖夜景嗎？這些好看的景觀，可都與我們元素周期表中的一些發光元素有關，我們一起看看這種造就美景的彩燈與元素周期表中的發光元素到底有什么關系？

霓虹燈與惰性氣體

霓虹燈的英譯為“Neon Lamp”，直譯為氖燈。氖（Ne）在元素周期表中屬于稀有氣體元素（零族元素）。而稀有氣體還包含：氦（He），氬（Ar），氪（Kr），氙（Xe），氡（Rn）（天然放射性元素，不參與霓虹燈的制作），稀有氣體的化學性質很不活潑，所以過去人們曾認為他們與其他元素之間不會發生化學反應，將他們列為元素周期表中的零族，并稱之為“惰性氣體”。我們一起看看這些惰性氣體與霓虹燈的關系。

有人說，霓虹燈是城市的美容師。那么，霓虹燈是如何發明的呢？

1910年，科學家克勞特注意到法國科學家莫爾曾在1895年做過這樣一個實驗：莫爾在抽真空的玻璃燈管中充入少量二氧化碳，然后給以高壓，使它放電，結果燈管發出白色的光。克勞特根據莫爾的實驗，在抽真空的玻璃燈管中充入氖、氬、氦等惰性氣體。他發現，充入氖氣，燈管會發出橙紅色的光；充入氖和氬的混合氣體，燈管會發出藍色的光；充入氖和水銀混合氣體，燈管會發出綠色的光；充出氦氣，燈管會發出黃色的光。“這是多么奇妙的現象啊！”克勞特驚喜萬分。他獲得霓虹燈的發明專利，從此，世界各地開始廣泛生產霓虹燈。

日光燈與熒光粉

1938年，美國通用公司研究員伊曼發明了節能熒光燈，熒光燈又稱為日光燈。第二次世界大戰后，熒光燈成為新的照明工具。

20世紀50年代以后，熒光燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。1974年，荷蘭飛利浦公司首先研制成功了能發出使人眼敏感的紅、綠、藍三色光的三基色熒光粉（完整名稱是稀土元素三基色熒光粉），其中，紅粉為銪激活的氧化釔，綠粉為鈰、鋱激活的鋁酸鹽，藍粉為低價銪激活的鋁酸鋇鎂，用它們做熒光燈的原料可大大節省能源，這就是高效節能熒光燈的由來。可以說，稀土元素三基色熒光粉的開發與應用是熒光燈發展史上的一個重要里程碑。

日光燈啟動時，有電流流經燈絲，使燈絲預熱而易于發射電子，所以這種日光燈稱為熱陰極日光燈，又稱預熱式日光燈，燈管的內壁涂有一層熒光粉薄膜，不同配方的熒光粉，能發出不同顏色的光。見下表。

LED燈與稀土元素

在元素周期表中，稀土元素是17種元素的統稱，它的得名是因為瑞典科學家在提取稀土元素時應用稀土的化合物。稀土元素中，鑭系元素：鑭（la）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、 釤（Sm）、銪（ Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（ Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）以及與鑭系的15種化學元素相關的元素釔（Y） 和鈧（Sc）等共17種元素稱為稀土元素。

稀土元素的應用十分廣泛，在軍事、農業、化工、冶金、石油等各行各業及日常生活中都離不開它，如照明技術應用稀土元素制作全彩發光二極管（LED）。

LED照明即是發光二極管照明，是利用LED作為光源制作出來的照明器材。制作LED燈需要使用稀土金屬材料，如鋁砷化鎵、磷化鋁鎵銦添加金屬鋱（Tb）、釓（Gd）和鈰（Ce）中的幾種元素等，由金屬鎵（Ga）和砷（As）、磷（P）、氮（N）、銦（In）的化合物制成的發光二極管，可產生不同的顏色，如下。