新型碱金属碱土金属硼酸盐材料结构与荧光性质研究中文摘要

本项目以全新结构的碱金属碱土金属硼酸盐为研究对象，以宏观性质与微观结构之间的关系为主线，从结构分析角度，深入研究荧光粉的晶体结构与发光性质之间的关系，探索新的光转换荧光体。利用X射线衍射研究碱金属碱土金属硼酸盐体系三元系固相线下相关系，从中发现具有BO4功能基元以及多种碱土金属离子格位的新化合物，并对其结构和物性进行研究。利用晶体中碱土金属的不同晶体学位置所处的晶场不同，通过多样化离子掺杂调控发光波长，寻找新的廉价高效的三基色发光材料。主要针对目前光转换型白光LED色温偏高而寻找合适的红色荧光粉，以实现暖白光照明。并探索单一基质白光发射荧光体以及在同一基质上通过不同离子掺杂而实现三基色发光的材料。通过对样品掺杂后结构变化的研究，揭示晶场环境对离子发光的影响，以及基质结构与浓度猝灭行为的关系。

本项目以全新结构的碱金属碱土金属硼酸盐为研究对象，在相关体系三元系固相线下相关系研究的基础上，对具有BO4功能基元以及多种碱土金属离子格位的新化合物的结构和物性进行研究。对以Na3SrB5O10、NaSrB5O9、NaSr4-xBax(BO3)3(0<=x<=4)和KSr4(BO3)3为基质的新荧光材料进行了系统研究，利用晶体中碱土金属离子的不同晶体学位置所处的晶场不同，通过多样化离子掺杂调控发光波长，制备出全新白光LED用光转换荧光体。包括色纯度好的红色荧光体KSr4(BO3)3:Eu3 、蓝色荧光体KSr4(BO3)3:Tm3 、黄色荧光体KSr4(BO3)3:Dy3 和绿色荧光体KSr4(BO3)3:Tb3 。发现以具有多种碱土金属离子晶格位置的KSr4(BO3)3作为基质，可以通过不同离子掺杂实现三基色的发光，并由此获得了单一基质的白光发射荧光体KSr4(BO3)3:Dy3 ,Tm3 ,Eu3 ，可在紫外光激发下实现暖白光发射。通过对掺杂后晶体结构的深入研究，达到了对硼酸盐体系晶体结构和发光性质之间的关系的进一步认识，圆满完成了预期研究目标。在国外SCI收录期刊上发表文章9篇，其中三篇影响因子在4以上。申请国内发明专利两项。 2100433B

碱金属基本性质表

碱金属周期律性质

碱金属位于ⅠA族，其周期律性质主要表现为

自上而下，碱金属元素的金属性逐渐增强（元素金属性强弱可以从其单质与水或酸反应置换出氢的难易程度，或它们的最高价氧化物的水化物——氢氧化物的碱性强弱来推断 ）

每一种碱金属元素都是同周期元素中金属性最强的元素。

碱金属有很多相似的性质：它们多是银白色的金属（铯呈金黄色光泽），密度小，熔点和沸点都比较低，标准状况下有很高的反应活性；它们易失去价电子形成带 1电荷的阳离子；它们质地软，可以用刀切开，露出银白色的切面；由于和空气中的氧气反应，切面很快便失去光泽。由于碱金属化学性质都很活泼，一般将它们放在矿物油中或封在稀有气体中保存，以防止与空气或水发生反应。在自然界中，碱金属只在盐中发现，从不以单质形式存在。 碱金属都能和水发生激烈的反应，生成强碱性的氢氧化物，并随相对原子质量增大反应能力越强。

氧氮化物荧光粉具有优良的物理和化学稳定性，是白光LED照明中理想的光转换材料。Al2O3-AlN二元体系中含有大量的AlON多形体,而基于这些多形体的荧光材料还未被报道,因此,可望从中发现新型高效、稳定的氧氮化物荧光粉。本项目针对传统高温固相法所具有的合成温度高、产物相不纯等缺点，通过特殊的制备方法-高能球磨法在较低的合成温度下制备出一系列稀土掺杂的AlON多形体荧光粉，研究他们的发光和结构性质，优化高能球磨参数、烧结温度、保温时间、稀土掺杂浓度以及退火工艺。通过分析XRD, PL, EDS、TEM、XAFS等结果，揭示稀土离子在基质中的价态信息和配位环境，并结合第一性原理理论计算进行进一步验证。上述结构信息为进一步提高发光性能提供理论指导。把所得荧光粉涂覆在匹配的LED芯片上，考察荧光粉的实际应用效果。本项目通过实验和理论计算相结合，最终获得基于新型基质的性质优异的氧氮化物荧光粉。