氮磷掺杂钛酸盐红色长余辉荧光粉的合成及其应用研究

Pr-,Eu-,Lu-, Gd-，Bi-doped or co-doped sub-micro/nano sized titanate phosphors will be prepared by hydrothermal method and sol-gel method, and then the phosphors will be calcined using microwave or hot pressed sintering with H3BO3，MgO and ZrO2 as fluxing agents in order to obtain red-emitting long lasting ceramics. By controlling the mole ratios of M2+(M=Mg, Ca, Sr, Ba), Zn2+ and Ti4+ ion, different ratio of MTiO3, Zn2TiO4 and M2Zn4Ti16O38, having the microstructure similar to the "PN junction", are obtained under high temperature firing by diffusion-reaction-doping. This material will be applied in building exterior walls in order to improve both energy conservation during the daytime and also the emission at night. We will calculate the trap depth of rare earth ion and changes of the hosts energy band affected by N doping.This project aims to create new methods for preparation of multiphase titanium ceramics, investigate the luminescent nature of MTiO3 /Zn2TiO4/ M2Zn2Ti16O38 systems doped with nitrogen. In addition, the importance of crystal type and morphology on the relationship between persistent glow and microstructure will be determined to establish a red persistent glow model regulated by rare earth oxides and nonmetal nitrogen. This model that we will develop will be very significant for the development of new materials for utilizing solar energy.

以水热法、溶胶-凝胶法获得Pr,Eu,Lu, Gd，Bi掺杂的微/纳米钛酸盐荧光粉，引入H3BO3，MgO, ZrO2为助剂，并以氮化物原料、中低温气相氮化方法进行掺氮，采用微波烧结、热压烧结获得耐高温红色长余辉陶瓷。通过M2+，Zn2+，Ti4+的配比调控晶相组成，在高温下通过扩散-反应-掺杂获得类似于PN结的相结结构，获得白天吸收太阳光、晚上再缓慢释放的陶瓷材料，达到建筑物外墙自照明的节能效应。计算掺杂稀土离子的陷阱深度及氮掺杂对基质材料能带的影响，项目旨在建立复相微纳米荧光粉形貌与发光性质之间的关系，发展氮掺杂钛酸盐体系发光陶瓷制备新方法，认知氮掺杂MTiO3/Zn2TiO3/M2Zn2Ti16O38体系的发光本质，探索长余辉发光与陶瓷微观结构、晶体类型及晶体形态之间的关系，建立稀土氧化物、非金属氮调控红色长余辉发光陶瓷的模型，对开发新型太阳能利用材料具有重要的意义。

由于太阳光谱中紫外光所占的比例不足3%，远小于可见光所占比例，因此仅靠紫外光激发的长余辉材料并不能充分有效地利用太阳能。发光粉通常能够应用于涂料、树脂等有机基质中并且保持发光性能不变。然而，将长余辉发光粉应用于发光陶瓷的制备过程中，尤其是在耐高温陶瓷的制备，一方面有可能发光粉本身不能承受陶瓷的高温煅烧过程而分解，从而失去发光性能；另一方面也可能产生发光粉与基体的化学反应，或是釉料中含有的微量Cr、Cd、Fe等元素使荧光粉中发光中心和能级缺陷中心猝灭而使得发光粉失去发光性能。因此长余辉发光粉应用于陶瓷的制备工艺过程控制也是非常重要的一个环节。由此可见，研究近紫外光-可见光激发并能应用于耐高温红色长余辉发光陶瓷的荧光粉具有重要的理论意义和实际应用前景。.本项目围绕微/纳米钛酸盐体系荧光粉的制备方法学、耐高温红色长余辉发光陶瓷的反应热力学和动力学研究和氮掺杂钛酸盐的制备及光学性能研究三个方面开展研究工作。.以水热法、溶胶-凝胶法获得Pr3+, Si4+, Lu3+, Gd3+, Bi3+ 掺杂的微/纳米钛酸盐荧光粉，引入H3BO3，ZrO2为助剂，并以Si3N4、C3N4和尿素为氮源、以高温或中温氮化方法进行掺氮，通过常压烧结获得耐高温红色长余辉陶瓷。通过Ca2+，Zn2+，Ti4+的配比调控晶相组成，在高温下通过扩散-反应-掺杂获得CaTiO3-Zn2TiO4及CaTiO3-Ca2Zn4TI6O38复相荧光粉或陶瓷，研究了不同晶相对荧光粉的发光的影响，并与纯相荧光粉混合获得的荧光粉进行比较，发现晶相同时生成的复相钛酸盐荧光粉具有更佳的发光效果，说明复相荧光粉的发光不仅是晶相性质的简单叠加。对氮掺杂CaTiO3/Zn2TiO3/M2Zn2Ti16O38体系的发光本质有了更清晰的了解。发展了氮掺杂钛酸盐体系发光荧光粉和陶瓷制备新方法，深入了解了长余辉发光与荧光粉/陶瓷微观结构、晶体类型及晶体形态之间的关系，对开发新型太阳能利用材料具有重要的意义。.