氟化硼酸熔盐法合成白光LED用新型硼磷酸盐基质材料及其荧光调控研究

Although rare earth and alkaline earth metal borophosphates have a great potential application as luminescence conversion materials for white LEDs, the synthesis of related new compounds is limited greatly to no suitable methods. In our previous work, we created a new method named fluroated boric acid flux, by which a new rare earth metal borophosphate had been obtained as a breakthrough in this filed. Based on these experimental results, we would go on studying the synthesis，crystal structures and property of rare earth and alkaline earth metal borophosphates in this preject by using this fluroated boric acid flux method. The effect of fluorate ions on the viscosity of the boric acid flux and the synthesis process of new compounds would be investigated systemly by NMR technique and other spectroscopy tests. At the same time, the influence of technological parameters on the crystal phase, nucleation process, crystal structure and various property is studied. In order to provide the thoery as a guide for the synthesis experiments,the reaction mechanism will be discussed. The crystal structures and properties of as-obtained new compounds would be measured and according to these results the potential substance of phosphors would be choosen. the luminescent property would be studied by the ion doping. This study will laid a good fundation for new luminescence conversion materials of white LEDs.

稀土和碱土硼磷酸盐在白光LED用荧光基质材料上具有重要研究价值，但合成方法的局限极大制约了相关新化合物的诞生与荧光材料的开发。在前期研究中，申请者结合硼酸熔盐与氟离子各自特点，提出了氟化硼酸熔盐法，并在合成新型稀土硼磷酸盐上取得突破。本项目拟在前期研究基础上，充分发挥氟化硼酸熔盐法在合成金属硼磷酸盐上的优势，开展新型稀土和碱土硼磷酸盐的合成、结构与荧光性质研究；同时，借助核磁共振技术与其它谱学方法，系统研究氟离子对硼酸熔盐粘度的调控规律及其在合成过程中所起作用，揭示反应机理；在此基础上，筛选具有优良热稳定性的新化合物作为发光基质，通过掺杂适宜的激活离子，研究在近紫外光激发下所制备材料的发光性能和光谱特征，找到最适合的离子掺杂浓度，使其在近紫外LED芯片激发下能获得更高的光转换效率，从而为开发近紫外光激发白光LED用新型荧光转换材料奠定物质基础。

作为一种高效节能、长寿命、无污染的绿色照明光源，白光LED近年引起了人们极大关注。然而，作为白光LED的重要组成材料，目前荧光转换材料仍然无法达到白光LED光源的要求，特别是近年研发出的近紫外LED芯片，与之相匹配的荧光体还非常有限，因此开展白光LED用近紫外激发荧光体的基础研究和新体系探索就显得格外重要。稀土和碱土硼磷酸盐和磷酸盐在白光LED用荧光基质材料上具有重要研究价值，但合成方法的局限极大制约了相关新化合物的诞生与荧光材料的开发。本项目主要是利用氟化硼酸熔盐制备新型荧光基质材料，通过离子掺杂研究荧光性能，从中筛选发光性能优异的LED用荧光转换材料。在项目经费支持下，围绕该计划内容项目组开展了大量实验工作。通过调控氟化硼酸熔盐的配比、合成温度和时间、原始物料组成等实验条件，先后合成了多个具有新型结构的金属硼磷酸盐、磷酸盐和硫酸盐新化合物，分析和表征了其晶体结构和物化性能。同时，通过对比一系列前驱体与新化合物的结构，结合实验过程分析，发现了多种有趣的结构关联现象，为探讨在氟化硼酸熔盐中新物质的反应机理与成核生长过程提供了很好的依据。值得一提的是，在该反应体系中，项目组成功合成了第一种具有PO4和BO4四面体连接骨架的稀土金属硼磷酸盐化合物K3LnB2P2O11(Ln=Lu, Y)。由于该稀土金属硼磷酸盐结构中无结晶水和羟基，使其具有较好的热稳定性能，从而成为一种潜在的新型荧光基质材料。更重要的是，经过大量尝试，成功利用高温固相法合成了该系列新化合物的Na基同构化合物，从而为研究其掺杂发光性能提供了条件。通过荧光性能研究发现，K3LuB2P2O11:Ce3+具有良好的闪烁发光性能，是一种具有潜在应用价值的快闪烁体材料。研究还发现了KBaBP2O8:Eu2+具有覆盖整个紫外和近紫外区的激发峰，其发光谱呈现从400nm到650nm的宽带发射，因此是一种极具应用前景的近紫外激发的白光LED用荧光转化材料。此外，项目组还发现了一种新颖的B2O3@BPO4荧光粉，在近紫外光激发下发射出明亮的蓝白光，而且该材料在温度从室温升高至300 ℃的过程中荧光强度基本未发生衰减现象，因此在大功率白光LED上具有非常重要的应用前景。另外，项目组还研究了多种金属硼磷酸盐和磷酸盐的掺杂发光性能，亦发现了多种可被紫外/近紫外激发的新型三基色荧光粉，并通过组装LED器件，考察了其实际应用性能。