作为常见的固态发光材料之一,稀土离子激活的发光材料如今已被广泛应用于白光LED、上转换发光、长余辉以及量子剪裁等领域。固溶体发光材料的出现为寻找新型功能材料提供了更丰富的素材,其结构性质在很大程度上决定了该材料的光、电、磁、热等性质。对固溶体材料结构组成的研究,并建立其结构组成和各方面应用性能之间的联系,因其对新型功能材料的开发具有指导意义而成为当今固态无机化学材料科学领域的重要研究方向之一。固溶体发光材料对发光材料的性能调控具有重要意义,其在稀土掺杂和过渡族金属离子掺杂发光材料中占据着越来越重要的地位。发光材料的结构性质在很大程度上决定了其发光性质,例如直接影响激发和发射光谱中峰型、峰值位置以及峰宽等,它们直接决定了该材料的性能和使用前景。这意味着深入研究发光材料结构性质和发光性质之间的联系显得尤为必要,它对开发新型发光材料具有十分重要的指导意义。因此,本论文的主要工作是通过建立与实验结果相符的理论模型来试图寻找材料结构性质和发光性质之间的联系,并为寻找性能更为优异的新型发光材料提供一定的理论依据。本文主要内容和研究成果如下:第一章是本文的绪论部分,主要介绍了固溶体发光材料性质探究的选题意义、研究背景和现状,并对稀土掺杂发光材料以及固溶体材料的基础知识、基本原理和基本研究手段做了简单介绍,主要包括稀土元素的分类、稀土的光谱理论、稀土发光材料的应用以及稀土光谱的表征手段。同时,介绍了固溶体材料的定义、形成、类型、性能、作用以及研究方法等基本知识。第二章主要介绍了自激活固溶体发光材料Ba2xSr1-2xV207的结构和发光性质。首先,我们通过高温固相法合成了不同固溶比例下的样品,并通过X射线衍射谱对材料的结构性质做了表征。XRD结果表明我们成功合成固溶体。此外,我们还测得了不同固溶比例下样品的激发和发射光谱。实验结果表明激发和发射峰的位置和峰宽均随固溶比例变化呈现非单调变化。通过展示与实验结果相符的位形坐标图,我们把这种非单调性归结于固溶导致的非均匀程度的增加。Ba（2+）和Sr（2+）的非均匀分布不仅造成能级组的非均匀增宽,还通过增大交换作用常数使得激发态自旋单态和三重态之间的能级组间隔增大。此外,当Sr的占比达到3/4时谱线峰值位置和半高宽均出现极值,这表明度量无序程度的标准在此处发生变化。第三章主要介绍了掺杂稀土离子的长余辉固溶体发光材料BaxSr1-xAl204:Eu2+的结构和发光性质。与第二章工作类似,不同固溶比例下样品的合成同样通过高温固相法实现,而材料的结构性质同样通过X射线衍射谱表征。XRD结果在证明成功合成固溶体的同时显示了我们的材料中出现的结构相变,同时我们还通过第一性原理计算估计了相变点,其结果与XRD结果相符。对于特定的固溶区间,我们监测了不同固溶比例下样品的发射光谱,并发现了发射光谱峰值位置与固溶比例的非单调依赖关系。与第二章内容不同的是,这里涉及的发光中心是掺杂离子而非具有电荷迁移带的自激活基团,因而我们需要建立不同于第二章的理论模型来解释此实验中出现的现象。通过分析,我们发现这种反常的光谱现象与Eu2+在不同固溶比例样品中占据两种Ba格位的不同倾向性有关。第四章主要介绍了掺杂稀土离子Eu2+和过渡族金属离子Mn2+的卤磷酸盐Ca5（PO4）3（F0.8Cl0.2）样品的发光性质。与前两章内容不同的是,前两章主要考虑阳离子取代形成的固溶体,而本章则考虑阴离子取代所形成的固溶体。本实验中,所有样品均由高温固相法合成,并由X射线衍射谱表征。XRD结果显示我们成功合成了固溶样品,同时说明一定占比Cl-的引入并不会对Ca5（PO4）3F原本的晶格结构造成较大影响。在此材料中,我们研究了 Eu2+向Mn2+的能量传递以及如何通过调节Eu2+、Mn2+的掺杂浓度来实现白光。第五章主要介绍了掺杂Tb3+、Ho3+两种稀土离子的磷酸盐材料YPO4的发光性质以及其应用于荧光温度探测的可行性。我们通过水热法合成该样品,并通过X射线衍射谱对其结构进行了表征。XRD结果显示成功合成所需晶相。在本章中,我们提出了一种与传统的基于热耦合能级的上转换荧光温度探测不同的测温机制,并通过YPO4:3.2%Tb3+,0.8%Ho3+样品展示了其原理。此测温机制主要利用到Tb3+的基态热耦合能级,而Ho3+的掺入则作为参照。实验结果表明该材料具有较高的测温灵敏度,因而具有一定的实用价值;同时也说明我们的测温方案具有一定的可行性,能够为寻找具有较好性能的荧光温度探测材料提供帮助。最后一章对本论文的主要内容做了总结并对固溶体发光材料的应用前景做了展望。
