单相多色硅、磷酸盐荧光材料基质结构与发光特性的调控研究

The application characteristics such as high luminous efficiency, good thermal stability are the key technical indexes for the single-phased multicolor phosphors to get of the practical application in the field of lighting and display. Based on the composite silicate and phosphate salts have high distortion structure and the lattice can accommodate various valence states ions, this application aims to affect the crystal field strength, coordination environment covalence of activator ions through the adjustment of composition and content of silicate or phosphate matrix, to improve and optimize the efficiency, thermal properties and peak position of fluorescence materials, then to reveal the change rule between structure and luminescence properties. X ray diffraction, Rietveld refinement, X-Ray AbsorptionFine Structure and fluorescence spectrum are used to characterize the crystal structure and the photoluminescent spectra, to investigate the changes of optical properties; Thermal quenching spectrum, quantum efficiency and fluorescence lifetime experiments are used to reveal the effect of material structure on the optical properties such as luminescence efficiency and thermal properties. These researches ultimately achieve greatly improved the application characteristics in the premise of meeting the primary characteristics, which provides a necessary theoretical basis for the practical application of single-phased multicolor phosphors in the field of lighting and display.

发光效率、热猝灭等二次特性是单相多色荧光材料在照明显示领域得到实际应用的关键技术指标。本申请拟针对具有高度畸变结构特征的复合硅、磷酸盐，利用其晶格可以容纳多种价态相同或不同离子的特点，通过基质组成和含量的多种变化调控固溶体物相结构，影响激活剂离子的晶体场强度、配位环境和共价性，进而实现荧光材料峰位的连续调控、效率和热猝灭特性的优化，并在此基础上揭示荧光材料中结构-发光性能调控规律。分别采用X射线衍射仪、Rietveld结构精修、X光吸收精细结构谱和荧光光谱测量实验来探测基质和激活剂的微观晶体结构，探讨材料激发、发射、寿命等光学特性的变化规律；同时采用热猝灭光谱、量子效率和荧光寿命等实验揭示材料结构与光学特性如发光效率、热猝灭的关联性，最终在满足一次特性的前提下实现荧光材料使用特性的极大提高，从而为单相多色荧光材料在下一代紫外-近紫外光转换型白光LED领域的实际应用提供必要的理论依据。

白光LED为人类实现绿色、节能、环保、安全的固态照明提供了一种解决方案。但是传统蓝光芯片激发“荧光转换型”白光LED器件所用单相多色荧光材料的研发更多的是从材料的一次特性，即激发发射峰位、显色指数、发光寿命等特性出发，而较少考虑材料的二次特性即量子效率、热猝灭特性等使用性能。本项目按计划任务书选择了20余种具有高度畸变结构特征、且性能稳定、光转换效率高、结晶性能及透光性能优异的复合硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等作为基质材料，利用其晶格可以容纳多种价态相同或不同离子的特点，通过基质组成和含量的变化来调控固溶体物相的结构，进而影响激活剂离子如Eu2+、Mn2+、Pr3+、Tb3+等的晶体场环境，从而实现对荧光材料峰位的连续调控、效率和热猝灭特性的优化，并在此基础上揭示荧光材料中结构-发光性能的调控规律。在项目实施过程中针对光学性能差但光生电子空穴催化性能高的开发材料如卤氧化铋体系、钼酸铋体系和石墨相氮化碳（g-C3N4）等，也进行了光催化性能的研究，并进行了污水处理方面的应用研究，研发的光催化材料体系对于消除环境污染具有潜在的应用价值。本项研究对于单相多色荧光材料的实际应用具有重要意义。项目实施期间共培养博士研究生9名（已毕业4名）、硕士研究生12名（已毕业6名），发表标注基金号资助的SCI收录论文45篇（其中影响因子大于5.0的12篇），申报国家发明专利1项。