紫/蓝光激活的氮（氧）化物红色长余辉发光材料的制备与机理研究

It is currently needed to develop novel violet/blue-activated red long-lasting phosphorescence materials which cover a large scope of applications. The nitride host lattice can much lower 5d energy levels of Eu2+ and make the fd excitation/emission red-shift. The research activities are mainly focused on the Eu2+-doped (oxy)nitrides that have been demonstrated to exhibit excellent red luminescence. We will dope non-equivalent cation/anion and co-dope multiple cation/anion to adjust nature and density of defects, in order to form suitable trap level for improving afterglow duration. We will study on crystal chemistry, and ion occupancies in different crystallographic sites, as well as energy band/level structure based on experiments and first-principles computation. The relationships among synthesis conditions, chemical compositions, local structure, energy band/level structure and persistent luminescence properties will be systematically studied, and persistent luminescence mechanism will be suggested. The research purpose is to develop new violet/blue-activated red long-lasting nitride phosphors with broad band absorption in 300-500 nm, red emission and an afterglow time of more than 3 hours.

可见光高效激活的长余辉发光材料具有重要的应用价值，相对于蓝色和绿色长余辉材料而言，红色长余辉材料的性能亟待提高。 氮化物基质晶格可有效降低稀土离子最低5d能级，导致其f-d电子跃迁的激发和发射红移。项目拟选取可被紫/蓝光高效激发的二价铕掺杂的氮（氧）化物红光荧光材料为研究对象，通过不等价单离子掺杂或多离子共掺杂等方法调控缺陷的属性和密度，构筑合适的陷阱能级，提高其长余辉发光性能。研究不同离子的晶体学占位，借助第一性原理计算分析材料的能带/能级结构。研究基质能带结构、Eu2+发光中心的5d能级、以及陷阱能级之间的能量位置关系。研究制备工艺、组成、微结构、能带/能级结构与红色长余辉发光性能的关系，揭示其长余辉发光机制。通过制备工艺、成分和结构的优化，获得性能优异的（300-500 nm宽带吸收，红光发射，余辉时间大于3 h）可被蓝/紫光高效激活的红色氮（氧）化物长余辉发光材料。

高性能暖色调长余辉发光材料具有重要的应用价值。针对目前缺乏性能优异的红色长余辉发光材料这一问题， 我们选取一系列典型的可被紫/蓝光高效激发的氮（氧）化物荧光粉为研究对象，如(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+,Sr2Si5N8:Eu2+，Sr[LiAl3N4]:Eu2+等氮化物红光荧光粉，Sr3SiO5:Eu2+基黄色荧光粉。通过单种离子掺杂或多种离子共掺杂来调控材料的能带和能级结构，系统研究了制备工艺、组成、结构和性能的关系。 通过实验并结合理论计算，构筑了电子结构图，阐明了其长余辉发光机理。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）发现了3种高性能长余辉发光材料，即(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+基红色长余辉发光材料（余辉达2.5小时）和Sr3SiO5:Eu2+,Nb5+基黄色-橙色长余辉发光材料（余辉达16小时）, Y3Al2Ga3O12:Ce3+,Yb3+,B3+,Si4+基绿色长余辉发光材料（余辉达40小时），2） 发现(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+等长余辉发光材料与SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料相比，电子激励过程不同。3）提出一种新的构筑电子能级结构图的方法，即使用余辉激发谱的开始能量作为4f基态和导带底的能量差，来钉扎Eu2+的4f能级的能量位置。相关研究结果已在学术期刊上发表论文20篇，授权发明专利2项。