絢麗多彩的霓虹燈、熒光燈、LED燈都是怎麼來的？

撰文/曲建翹

本文選自《知識就是力量》雜誌

夕陽西下，一盞盞路燈漸漸亮起；下班後在擁擠的公交車廂里，人們玩著手上的智能手機；繁華的街道上，五光十色的LED招牌炫麗地閃爍著……這些場景對我們來說，也許再平凡不過。

可你是否知道，元素周期表裡的一些發光元素可是這場靚麗景觀中的的大功臣！今天，我們一起來看看這些造就美景、點亮生活的燈與元素周期表到底有什麼關係。

霓虹燈與惰性氣體

霓虹燈的英譯為「Neon Lamp」，直譯為氖燈。氖（Ne）在元素周期表中屬於稀有氣體元素（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，不參與霓虹燈的製作），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，並稱之為「惰性氣體」。我們一起看看這些惰性氣體與霓虹燈的關係。

但在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，然後給以高壓，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。

「這是多麼奇妙的現象啊！」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。第二次世界大戰後，熒光燈成為新的照明工具。

20世紀50年代以後，熒光燈大都採用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。1974年，荷蘭飛利浦公司首先研製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，使燈絲預熱而易於發射電子，所以這種日光燈稱為熱陰極日光燈，又稱預熱式日光燈，燈管的內壁塗有一層熒光粉薄膜，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）、鉕（Pm）、 釤（Sm）、銪（ Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（ Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、鑥（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製作全彩發光二極體（LED）。

LED照明即是發光二極體照明，是利用LED作為光源製作出來的照明器材。製作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）的化合物製成的發光二極體，可產生不同的顏色，如下表：

現在，我們的生活到處都能看到彩色的燈，只要你留意，隨處都能都看到元素的蹤跡。但是需要說明的是，這些發光元素（氧化物）和鹽類本身是不發光的，它們是在特定的裝置中通電產生的光。

今日知識點

中學化學 |元素周期表；發光元素

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