中文摘要：

本申请在青年基金研究成果的基础上，针对常用或具应用潜力的铝酸盐荧光粉在新型照明显示器件上应用的不足，利用Si-N键和Al-O键键长、成键特性相似的特点，提出并初步验证了用Si-N键取代铝酸盐荧光粉中的部分Al-O键来调控发光离子的配位环境及基质骨架的化学和结构稳定性。研究目的是优化系列铝酸盐荧光粉的性能，如稳定性能（包括粉体和发光稳定）、光转换性能（包括吸收系数、激发发射波长、光转换量子效率、荧光寿命）等。为了克服Si-N键稳定、扩散系数小、取代难度高的特点，研究通过高能球磨和硅粉直接氮化两种工艺实现Si-N键在铝酸盐晶格中的均匀可控取代，并深入研究Si-N键取代对铝酸盐荧光粉的晶体结构、电子结构和光学性质等各方面的影响，借助计算机辅助第一性原理计算，探索其间的内在联系，总结出一般规律。这种简单易行的方法将为推进我国产销量最大的铝酸盐荧光粉在新型照明显示器件上的应用奠定理论和实验基础。

结论摘要：

本申请针对常用或具应用潜力的铝酸盐荧光粉，利用Si-N键取代铝酸盐荧光粉中的部分Al-O键来调控发光离子的配位环境及基质骨架的化学和结构稳定性。三年的研究工作进展顺利，圆满完成各项研究计划，已发表标注SCI论文18篇，多篇正在审稿中，另有一些数据正在整理。共申请发明专利4项，其中两项已获授权。国际会议特邀报告2次，口头报告8次，担任2次国际大会组织委员会委员和分会主席。 主要研究进展如下一、通过开发稳定合成工艺实现了多种铝酸盐、硅氧氮化物荧光粉的可控制备。如利用高能球磨低温制备出热力学不稳定的α-Sialon:Eu2+黄色荧光粉和AlON:Eu2+, Mg2+蓝绿色荧光粉，最重要的是实现了Si-N键在铝酸盐荧光粉中的均匀可控取代，提高了荧光粉合成的重复性；还开发出模板法首次制备出均匀球形系列硅氧氮化物荧光粉；实现了YAG基质中的Eu2+离子掺杂；还利用金属有机前驱体合成纳米尺度AlN:Eu荧光粉。二、全面研究了Si-N键取代对铝酸盐荧光粉各类光学性质的影响，包括激发发射波长、常温和高温量子效率、化学和热稳定性能、荧光寿命、余辉性能等。如在以YAG:Ce3+，CaAl2O4:Eu2+,Sm3+荧光粉为代表的铝酸盐荧光粉中掺入Si-N键，可大幅度增加其余辉性能。三、对Si-N键掺杂过程中出现的各类硅氧氮化物、铝氧氮化物、硅酸盐荧光粉的性质进行了深入系统研究。如开发出一种新型的BaSi3Al3O4N5:Eu2+硅氧氮化物荧光粉，光学性质与商用最好的BAM（BaMgAl10O17:Eu2+）蓝粉相当，但具有优异的热和化学稳定性，以及高温稳定性能；在Sr2SiO4:Eu2+荧光粉中首次实现红光以及全光谱发射。四、通过第一性原理计算，克服了氮氧浓度、位置分析困难的特点，从理论上模拟晶体结构、取代位置、能带结构、态密度图，并与光学特性联系起来。如对Si-N键取代的BAM荧光粉，成功计算模拟出Eu2+的微区配位环境，与定性测试结果（顺磁共振、EXFS、XRD等）基本吻合，并在此基础上获得能带结构、态密度图，全面合理地解释了实验现象，并成功预测某些性质。对于(Ba,Ca)3Si6O12N2:Eu2+绿色荧光粉，通过第一性原理计算，确定了Ca、Eu的精确取代位置，深入研究了其能带结构、态密度图，指出基质惰性离子轨道对于发光的贡献，为下一步高效率荧光粉的设计开发奠定理论基础。