新型堿金屬堿土金屬硼酸鹽材料結構與熒光性質(zhì)研究中文摘要

本項目以全新結構的堿金屬堿土金屬硼酸鹽為研究對象，以宏觀性質(zhì)與微觀結構之間的關系為主線，從結構分析角度，深入研究熒光粉的晶體結構與發(fā)光性質(zhì)之間的關系，探索新的光轉換熒光體。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，并對其結構和物性進行研究。利用晶體中堿土金屬的不同晶體學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構變化的研究，揭示晶場環(huán)境對離子發(fā)光的影響，以及基質(zhì)結構與濃度猝滅行為的關系。

本項目以全新結構的堿金屬堿土金屬硼酸鹽為研究對象，在相關體系三元系固相線下相關系研究的基礎上，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構和物性進行研究。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用光轉換熒光體。包括色純度好的紅色熒光體KSr4(BO3)3:Eu3 、藍色熒光體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構的深入研究，達到了對硼酸鹽體系晶體結構和發(fā)光性質(zhì)之間的關系的進一步認識，圓滿完成了預期研究目標。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

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，標準狀況下有很高的反應活性；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，切面很快便失去光澤。由于堿金屬化學性質(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。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，生成強堿性的氫氧化物，并隨相對原子質(zhì)量增大反應能力越強。

氧氮化物熒光粉具有優(yōu)良的物理和化學穩(wěn)定性，是白光LED照明中理想的光轉換材料。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)光和結構性質(zhì)，優(yōu)化高能球磨參數(shù)、燒結溫度、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，并結合第一性原理理論計算進行進一步驗證。上述結構信息為進一步提高發(fā)光性能提供理論指導。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用效果。本項目通過實驗和理論計算相結合，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。