Ce3+/Eu2+离子激活多格位基质的稀土发光材料设计、制备及其动力学行为研究

It is diffcult to predict the luminescence properties of rare earth luminescent materials by structrue of the luminescent materials,especially the materials doped with f-d transiton ions Ce3+ and Eu2+. The host structure environment has great effect on the 5d energies of rare earth ions, and the scientists are always concentrating their attention on revealing the dependency relationship and influence rules between the 5d energies and structure environment. Studies of the luminescent properties and dynamics behavior for the f-d transitions rare earth ions in different crystal sites are important means to investigate the relationship between the f-d transition energies of rare-earth ions and host structure, which are considered to have significance in both the theory and the applications. In this project, we prepare multi-centre luminescent materials by selecting compounds with multiple cationic sites as the luminescent hosts, and the f-d transition ions Ce3+ or Eu2+ as doping ions. We will study the luminescent properties of materials excited by different excitation sources, explore the relationship between host structure and the luminescent properties of rare earth ions in different luminescent centres, discuss the dynamics behavior of energy transfer and ion migration in different luminescent centres, and establish reasonable dynamic models. In the end, we will summarize relevant laws or conclusions which will help to design rare earth luminescent materials and predict the properties, and to provide theory support for designing and preparing novel rare earth luminescent materials.

由发光材料结构预测材料发光性能是稀土发光材料研究的难点，尤其是Ce3+和Eu2+离子等f-d跃迁离子掺杂材料。稀土离子的5d能级受基质结构环境的影响较大，揭示它们之间的依赖关系和影响规律是科学工作者们一直以来的研究重点。研究f-d跃迁稀土离子在不同格位间的发光性能及其动力学行为是探索稀土离子f-d跃迁能量和基质结构关系的重要手段，无论对理论研究还是应用探索均有重要的意义。本项目选择具有多个阳离子格位的化合物作为发光基质，掺杂Ce3+或Eu2+等f-d跃迁离子制备具有多个发光中心的发光材料。研究材料在不同激发源激发下的发光性能，探索稀土离子在不同发光中心发光及其格位环境结构的关系，讨论多个发光中心之间的能量传递和离子迁移等动力学行为，构建合理的动力学模型。最终探索和归纳有助于指导稀土发光材料开发设计和性能预测的相关规律或结论，为新型稀土发光材料的设计和制备提供理论支持。

在很多领域有广泛应用的稀土发光材料越来越受到科学工作者们的关注，而由发光材料结构预测材料发光性能是稀土发光材料研究的难点，尤其是Ce3+和Eu2+离子等f-d跃迁掺杂材料。稀土离子的5d能级受基质结构环境的影响较大，揭示它们之间的依赖关系和影响规律是科学工作者们一直以来的研究重点。研究Ce3+和Eu2+离子在不同格位间的发光性能及其动力学行为是探索稀土离子f-d跃迁能量和基质结构关系的重要手段，无论对理论研究还是应用探索均有重要的意义。本研究采用高温固相法制备具有多个阳离子格位的Ce3+和Eu2+离子掺杂Ca4Si2O7F2、AM9(SiO4)6O2 (A = Li, Na; M = La, Gd, Y) 、M3MgSi2O8:Eu2+（M = Sr, Ca, Ba）、Sr2LiSiO4F 、Ca9Ln(PO4)7 (Ln = La, Gd, Y, Lu) 和Ca10A(PO4)7（A = Li, Na, K）等多个系列荧光粉材料。利用结构分析、荧光光谱分析和荧光寿命等手段讨论Ce3+和Eu2+离子在这些材料中的格位占据情况，确定了Ce3+和Eu2+在这些基质中的能带信息，为新型稀土发光材料的设计和制备提供了有价值的理论支持。分析了掺杂浓度、温度和配位场结构等因素对Ce3+和Eu2+离子格位发光的影响，探讨其格位发光的调控方法。研究了材料在紫外光和X射线等不同激发源激发下的发光性能，探索材料在LED照明和闪烁体领域的潜在应用。在此项目资助下，本研究发表学术论文15篇，其中SCI收录15篇，申请国家发明专利2项，其中1项已授权。