含氮化合物中红色长余辉发光材料的探索

本项目拟制备多种含氮化合物发光材料，以寻找新型红色长余辉发光材料为研究目标，采用X射线衍射、荧光光谱、光声光谱、热释发光、激发态寿命和时间分辨光谱等手段研究在含氮化合物中产生长余辉发光的可能性及发光过程。首先合成纯相物质，筛选出合适的发光基质；然后对激活离子进行理论计算，估算其在基质中陷阱深度；探索激活剂、敏化剂和其它掺入的元素对材料的电子(空穴)陷阱类型、深度与浓度的影响规律；探明材料的电子(空穴)陷阱与长余辉性能的关系。本项目研究有望建立含氮化合物体系发光材料的关键制备技术，并通过控制晶格中陷阱的种类、深度和浓度获取新型红色长余辉发光材料，为通过控制材料的电子(空穴)陷阱深度与浓度来改善和优化材料的长余辉性能进行有益的探索并建立新的机理模型。本项目的研究将促进红色长余辉材料的研究与应用，丰富和发展长余辉发光材料体系和理论。

红色长余辉发光材料在安全标识、涂料和生物活体成像等领域中有着更为迫切的应用需求，但有关红色余辉材料的研究进展较为缓慢，常见的红色余辉材料如CaS:Eu2+和Y2O2S:Eu3+余辉亮度不足，稳定性差。本项目以具有高的发光效率，优良的化学、热稳定性，高的发光猝灭温度及发射波长可调性的氮化物材料为基质，一方面总结出了常压条件下批量制备氮(氧)化物的共性合成技术并优化其合成工艺，同时，通过引入适当的陷阱(如氧缺陷调控和三价稀土离子共掺)，探讨多种氮化物红色荧光粉长余辉发光材料的性能；此外，借助多种光谱分析手段及其它相关测试技术，探究了氮化物荧光材料余辉发光机理。本项目的研究和完成发现了新型红色长余辉发光材料并优化其长余辉性能，促进长余辉材料的研究、发展与应用，丰富有关长余辉材料的体系，为发展新型红色长余辉发光材料提供新的思路与方法，对固体化学、材料科学以及稀土化学等学科的发展具有明显意义。. 经过四年艰苦的工作，基本完成了所述的预定研究内容和研究目标。主要在如下方面取得一些突破和成果：(1) 对氮化物的合成，研究出合成氮化物、氮氧化物长余辉发光材料的配方，完善了合金前驱体方法、氢化物原材料方法、固体还原剂还原法等制备M2Si5N8, CaAlSiN3及其固溶体的合成工艺。(2) 在激活离子的选择与搭配方面，分别制备了以Eu2+为主，其它稀土离子双掺或三掺，以及过渡金属Mn2+掺杂的氮化物红色长余辉发光材料。(3) 利用热释光谱、余辉衰减曲线等多种测试技术讨论了余辉发光的规律。(4) 初步讨论了M2Si5N8, CaAlSiN3在不同光源激发下的余辉发光过程，讨论了紫外+红外双激发下余辉及荧光的增强机理。(5) 获得了5种性能较好的红色长余辉发光材料，共申请了4件与本研究项目密切相关的中国发明专利，其中1件已获授权。共培养了11名研究生，公开发表研究论文25篇；参加学术会议等7次，邀请国内外研究人员来校报告6人次。(6) 在以合金M-Si、MO-SiO2硅酸盐等为前驱体方法制备的MSiO2N2:Eu2+长余辉发光材料、BaAlSi5N7O2: Eu2+氮氧化物长余辉发光材料、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+卤硅酸盐长余辉发光材料等方面对本项目研究内容进行了拓展，获得了良好的效果。