新型堿金屬堿土金屬硼酸鹽材料結(jié)構(gòu)與熒光性質(zhì)研究

本項目以全新結(jié)構(gòu)的堿金屬堿土金屬硼酸鹽為研究對象，在相關(guān)體系三元系固相線下相關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，對具有BO4功能基元以及多種堿土金屬離子格位的新化合物的結(jié)構(gòu)和物性進行研究。對以Na3SrB5O10、NaSrB5O9、NaSr4-xBax(BO3)3(0<=x<=4)和KSr4(BO3)3為基質(zhì)的新熒光材料進行了系統(tǒng)研究，利用晶體中堿土金屬離子的不同晶體學(xué)位置所處的晶場不同，通過多樣化離子摻雜調(diào)控發(fā)光波長，制備出全新白光LED用光轉(zhuǎn)換熒光體。包括色純度好的紅色熒光體KSr4(BO3)3:Eu3 、藍(lán)色熒光體KSr4(BO3)3:Tm3 、黃色熒光體KSr4(BO3)3:Dy3 和綠色熒光體KSr4(BO3)3:Tb3 。發(fā)現(xiàn)以具有多種堿土金屬離子晶格位置的KSr4(BO3)3作為基質(zhì)，可以通過不同離子摻雜實現(xiàn)三基色的發(fā)光，并由此獲得了單一基質(zhì)的白光發(fā)射熒光體KSr4(BO3)3:Dy3 ,Tm3 ,Eu3 ，可在紫外光激發(fā)下實現(xiàn)暖白光發(fā)射。通過對摻雜后晶體結(jié)構(gòu)的深入研究，達(dá)到了對硼酸鹽體系晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)之間的關(guān)系的進一步認(rèn)識，圓滿完成了預(yù)期研究目標(biāo)。在國外SCI收錄期刊上發(fā)表文章9篇，其中三篇影響因子在4以上。申請國內(nèi)發(fā)明專利兩項。 2100433B

本項目以全新結(jié)構(gòu)的堿金屬堿土金屬硼酸鹽為研究對象，以宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系為主線，從結(jié)構(gòu)分析角度，深入研究熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)與發(fā)光性質(zhì)之間的關(guān)系，探索新的光轉(zhuǎn)換熒光體。利用X射線衍射研究堿金屬堿土金屬硼酸鹽體系三元系固相線下相關(guān)系，從中發(fā)現(xiàn)具有BO4功能基元以及多種堿土金屬離子格位的新化合物，并對其結(jié)構(gòu)和物性進行研究。利用晶體中堿土金屬的不同晶體學(xué)位置所處的晶場不同，通過多樣化離子摻雜調(diào)控發(fā)光波長，尋找新的廉價高效的三基色發(fā)光材料。主要針對目前光轉(zhuǎn)換型白光LED色溫偏高而尋找合適的紅色熒光粉，以實現(xiàn)暖白光照明。并探索單一基質(zhì)白光發(fā)射熒光體以及在同一基質(zhì)上通過不同離子摻雜而實現(xiàn)三基色發(fā)光的材料。通過對樣品摻雜后結(jié)構(gòu)變化的研究，揭示晶場環(huán)境對離子發(fā)光的影響，以及基質(zhì)結(jié)構(gòu)與濃度猝滅行為的關(guān)系。

堿金屬基本性質(zhì)表

堿金屬周期律性質(zhì)

堿金屬位于ⅠA族，其周期律性質(zhì)主要表現(xiàn)為

自上而下，堿金屬元素的金屬性逐漸增強（元素金屬性強弱可以從其單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出氫的難易程度，或它們的最高價氧化物的水化物——氫氧化物的堿性強弱來推斷 ）

每一種堿金屬元素都是同周期元素中金屬性最強的元素。

堿金屬有很多相似的性質(zhì)：它們多是銀白色的金屬（銫呈金黃色光澤），密度小，熔點和沸點都比較低，標(biāo)準(zhǔn)狀況下有很高的反應(yīng)活性；它們易失去價電子形成帶 1電荷的陽離子；它們質(zhì)地軟，可以用刀切開，露出銀白色的切面；由于和空氣中的氧氣反應(yīng)，切面很快便失去光澤。由于堿金屬化學(xué)性質(zhì)都很活潑，一般將它們放在礦物油中或封在稀有氣體中保存，以防止與空氣或水發(fā)生反應(yīng)。在自然界中，堿金屬只在鹽中發(fā)現(xiàn)，從不以單質(zhì)形式存在。 堿金屬都能和水發(fā)生激烈的反應(yīng)，生成強堿性的氫氧化物，并隨相對原子質(zhì)量增大反應(yīng)能力越強。

氧氮化物熒光粉具有優(yōu)良的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，是白光LED照明中理想的光轉(zhuǎn)換材料。Al2O3-AlN二元體系中含有大量的AlON多形體,而基于這些多形體的熒光材料還未被報道,因此,可望從中發(fā)現(xiàn)新型高效、穩(wěn)定的氧氮化物熒光粉。本項目針對傳統(tǒng)高溫固相法所具有的合成溫度高、產(chǎn)物相不純等缺點，通過特殊的制備方法-高能球磨法在較低的合成溫度下制備出一系列稀土摻雜的AlON多形體熒光粉，研究他們的發(fā)光和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，優(yōu)化高能球磨參數(shù)、燒結(jié)溫度、保溫時間、稀土摻雜濃度以及退火工藝。通過分析XRD, PL, EDS、TEM、XAFS等結(jié)果，揭示稀土離子在基質(zhì)中的價態(tài)信息和配位環(huán)境，并結(jié)合第一性原理理論計算進行進一步驗證。上述結(jié)構(gòu)信息為進一步提高發(fā)光性能提供理論指導(dǎo)。把所得熒光粉涂覆在匹配的LED芯片上，考察熒光粉的實際應(yīng)用效果。本項目通過實驗和理論計算相結(jié)合，最終獲得基于新型基質(zhì)的性質(zhì)優(yōu)異的氧氮化物熒光粉。