紫/蓝光激发的稀土硅氧氮化物荧光材料

目前能满足白光发光二极管（LED）用荧光材料很少，性能优良的可被紫/蓝光激发的高效红色荧光粉则更为缺乏。稀土硅氧氮化合物具有丰富的晶体结构类型，可以给予稀土离子多样化的晶格环境、并进而有效调控它们4f5d组态的能级结构和相应的光谱特征。本项目旨在探索稀土/碱土-硅-氧-氮体系中可被紫/蓝光高效激发的荧光材料，研究稀土/碱土硅氧氮化合物的新合成方法，控制稀土以低价态（Eu二价态，Ce三价态）进入化学稳定的晶体学位置。结合实验和理论计算系统研究源于稀土离子4f-5d 发光跃迁与其所处的晶格环境的依赖关系。探索如何通过元素掺杂，合成条件的调整来调控化合物的晶体结构，稀土离子的价态以及稀土离子所处的晶体场环境，从而调控源于稀土离子的4f-5d跃迁的激发和发光光谱特征，满足白光LED用荧光材料的需要。

目前能满足白光发光二极管（LED）用荧光材料很少，性能优良的可被紫/蓝光激发的高效红色荧光粉则更为缺乏。针对这一问题，项目提出在稀土/碱土-硅-氧-氮体系中探索可被紫/蓝光高效激发的荧光材料，研究材料的可控制备，通过结构调控来调控稀土离子的价态以及稀土离子所处的晶体场环境，从而调控源于稀土离子的4f-5d跃迁的激发和发光光谱特征，满足白光LED用荧光材料的需要。 我们完成了计划书中规定的研究内容，达到了预期目标，取得的主要成果如下： 1）通过合金氮化法合成了Eu2+掺杂的具有α-Sialon结构的纯氮化合物(Ca1-xEux)m/2Si12-mAlmN16 荧光材料，获得了成分与晶格常数的依赖关系， 发现在2.4≤m≤4.0时样品发光性能最强，且随着m值的增加，发射波长红移；2）采用合金氮化法成功合成了CaAlSiN3:Eu2+荧光材料， 获得了铕掺杂浓度，Al/Si比以及氧对晶体结构和发光性能的影响规律；3）合成了Ca1.83-1.5xSi8.34Al3.66OxN16-x:xEu2+ 荧光材料，研究表明随着Eu浓度在0.5-18 mol.%范围内增加，其发射光谱波长在585-600 nm范围内单调增加； 4）合成了(Y1-xCex)4Si2O7N2， (Y1-xCex)5Si3O12N ，(Y1-xCex)2Si3O3N4 和 (La1-xCex)5Si3O12N 等稀土硅氧氮化合物荧光材料，揭示了这些荧光材料的发光特性随Ce3+掺杂浓度以及温度的变化规律；观察到了多组发光中心以及它们之间的能量传递现象，分析表明它们源于Ce3+离子在晶体结构中的不同晶体学占位；5）提出了在Eu2+掺杂的、缺O的碱土金属双钙钛矿结构中有可能找到红色荧光粉这一研究思路。通过实验发现了Ca3Al2O6:Eu2+和Sr2ScAlO5:Eu2+两种可被蓝光有效激发的红色荧光粉；6）制备了(Ba1-x-ySryEux)9Sc2Si6O24荧光材料，揭示了Eu2+占据的晶体学格位和发射光谱的关系； 7）利用价键理论评价了含锶无机化合物中铕离子价态的稳定性。相关研究结果已在SCI收录的学术期刊上发表论文16篇，申请专利4项。