氮（氧）化物长余辉发光材料的非平衡制备及其机理研究

Nitride (oxynitride) is a key material system for exploring new type of long afterglow luminescent materials,because of their abundant emission spectrum and high chemical stability. However, the current manufacturing process for nitride (oxynitride) is quite demanding.The researches on the nitride (oxynitride) long afterglow luminescent materials are related lack and little is currently known about the mechanism of persistent luminescence in nitride (oxynitride) materials. In this project, we research on preparation of a series of nitride (oxynitride) long afterglow luminescent materials by novel non-equilibrium synthesis with fabrication techniques of porous ceramics. The influence of non-equilibrium synthesis process and distribution characteristics of the porous body on crystal synthesis, growth defects, rare-earth doped and powder morphology uniformity will be studied. In addition, the relationship between the changing of intrinsic and doped defect in materials(including the species、concentration and depth of defects) with the effective trap level will be researched.The detailed physical mechanism of nitride (oxynitride) long afterglow luminescent process will be revealed.Finally, we open a simple pathway for exploration of new type of nitride (oxynitride) long afterglow luminescent materials by non-equilibrium fabrication process and provide relevant theoretical basis.

氮（氧）化物由于具有丰富的发光光谱以及良好的化学稳定性能，是探索新型长余辉发光材料的重要材料体系。然而，由于氮（氧）化物制备条件十分苛刻，氮（氧）化物长余辉发光材料及其机理的相关研究相对缺乏。本项目针对该问题，拟采用非平衡制备技术快速合成一系列氮（氧）化物长余辉发光材料，研究在非平衡合成中晶体生长控制、离子掺杂行为、缺陷调控的控制规律；结合多孔材料制备技术，研究坯体孔隙分布特征对晶体生长、粉体形貌均匀性的影响规律，解决非平衡制备中产物不均匀的难题；探明在不同非平衡过程中，材料本征缺陷、掺杂缺陷的变化（包括缺陷类型、深度、浓度）与有效陷阱能级的关系，深入理解不同类型氮（氧）化物长余辉发光的物理过程；最终为探索新型氮（氧）化物长余辉发光材料提供一种简易、快速筛选的合成方法和相关理论基础。

研发简单、高效的合成制备手段和调控方法对探索、设计新型高效氮化物长余辉发光材料及其相关应用具有十分重要的意义。本项目采用燃烧合成非平衡制备技术，快速合成制备了AlN: Eu2+, AlN：Mn2+, CaAlSiN3:Ln (Ln=Eu, Ce, Dy, Pr, Tb, Gd, Sm, Tm, Nd)、(M,Ca)AlSiN3:Eu2+ (M=Sr, Mg)、CaAlSiN3: Mn2+一系列氮化物荧光粉体。系统研究了燃烧合成工艺控制、基质组分、单/多离子掺杂等对材料发光光谱调控和余辉发光性能的关系，掌握了快速合成制备氮化物长余辉发光材料的非平衡制备技术。项目完成了计划书中的研究内容，达到了预期目标，取得的主要成果如下：1）实现了AlN：Eu2+发光光谱从427nm到527nm的范围内的极大调控；2）采用“反应原位掺杂Si”方式，显著提升AlN：Mn2+ 红色长余辉发光性能（主峰波长600 nm，余辉时间1200 s）；3）采用快速合成方法，在CaAlSiN3体系中发现了众多长余辉发光现象，包括CaAlSiN3:Eu2+，Ce3+ 红色长余辉发光（主峰波长625 nm，余辉时间6300 s）、CaAlSiN3: Ce3+ 黄色长余辉发光（主峰波长547 nm，余辉时间4860 s）、SrAlSiN3:Eu2+ 红色长余辉发光（主峰波长600 nm，余辉时间12000 s）等高性能长余辉氮化物发光材料；4）通过基质调控，在Mg0.2Ca0.8AlSiN3: Eu2+中获得了深陷阱发光，探索了其光信息存储功能；5）通过调整Mn2+在CaAlSiN3基质中占据不同配位多面体的比例，实现了对材料发光光谱的调制，并获得了相应红色长余辉发光。