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本文概述了白光LED用荧光转换材料,包括近紫外LED芯片激发红、绿、蓝灯用三基色荧光粉以及白色荧光转换体的研究现状,评述了白光LED用于固体照明现存在的问题,提出新型稀土掺杂氟氧化物荧光玻璃陶瓷用作紫外/近紫外LED激发三基色荧光粉以及白色荧光转换体替代材料的研究思路。以此为目标,我们采用熔融—淬火—热处理析晶方法制备了一系列稀土掺杂含碱土、稀土氟化物纳米晶的玻璃陶瓷,采用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、光致发光谱(PL)、荧光寿命(Decay)以及量子产率(Quantum yield)等检测分析手段对玻璃陶瓷的结构、形貌、稀土离子在纳米晶体中的固溶度进行分析,在此基础上研究了析晶热处理、晶粒尺寸对稀土离子荧光强度、荧光寿命、发光效率及能量传递效率的影响,取得一系列重要结论和创新性成果,为实现氟氧化物玻璃陶瓷中稀土离子高亮度、高效率荧光输出奠定基础。制备了Eu2+激活蓝色荧光玻璃陶瓷。在含有CaF2、SrF2、BaF2纳米晶氟氧化物玻璃陶瓷中,Eu2+的有效激发波长位于360～400 nm,可以被近紫外LED芯片有效激发。在含有SrF2纳米晶玻璃陶瓷中,Eu2+的蓝色发光强度增强20倍,是实现Eu2+激活蓝光荧光玻璃陶瓷的最佳基质。在该玻璃陶瓷中,Eu2+浓度为2.0 mol%时发生浓度猝灭,猝灭机制为电四极矩—电四极矩作用。分别在含有MgF2和SrF2纳米晶玻璃陶瓷中得到Eu2+-Mn2+共掺红色荧光玻璃陶瓷和Eu2+-Tb3+共掺蓝绿色荧光玻璃陶瓷。通过Eu2+的敏化作用,Mn2+、Tb3+的有效激发波长被调整至360～400 nm近紫外波长区域,使单一波长激发实现白光成为可能。Eu2+→Mn2+、Eu2+→Tb3+能量传递分别为电偶极矩—电四极矩,电偶极矩—电偶极矩作用,传能效率达到70%和47%。由于Eu2+-Mn2+、Eu2+-Tb3+之间高效传能,使得Mn2+、Tb3+发光强度均大大增强,有望用作近紫外LED激发红色荧光材料和蓝绿色荧光材料。以50SiO2-20Al2O3-20SrF2-10NaF为基质制备了Ce3+-Tb3+共掺绿色荧光玻璃陶瓷。由于Ce3+→Tb3+有效的能量传递,实现了330 nm左右紫外光激发下Tb3+5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4、5D4→7F3跃迁发光。玻璃陶瓷中Ce3+、Tb3+固溶进入SrF2晶体中,导致SrF2晶格常数随稀土离子浓度增加逐渐收缩,Ce3+→Tb3+传能效率提高。以45SiO2-20Al2O3-35LaF3为基质制备了Ce3+-Dy3+共掺白色荧光玻璃陶瓷。调节玻璃中Ce3+浓度,实现CIE色度从蓝光向白光转变,在3.0mol%Dy3+和9.0mol%Ce3+共掺玻璃中得到几乎理论白光,色坐标为(0.336,0.337)。LaF3纳米晶析出有效地提高了Ce3+、Dy3+发光强度；并且随着热处理温度升高引起Ce3+→Dy3+传能距离缩短,传能效率增加,导致Dy3+比Ce3+的相对发光强度增加。通过调节Ce3+、Dy3+的掺杂浓度以及热处理温度可调节发光颜色,实现白光输出,故Ce3+-Dy3+共掺氟氧化物玻璃陶瓷有望用作白光LED荧光转换体。为了提高c-Si太阳能电池转换效率,本文提出稀土掺杂玻璃陶瓷用于近红外下转换量子剪裁。研究了50SiO2-10Al2O3-20SrF2-20ZnF2-2YbF3-0.5LnF3(Ln=Pr, Nd, Eu Tb, Tm)玻璃和玻璃陶瓷中Ln3+-Yb3+离子对之间下转换量子剪裁现象。荧光光谱分析结合稀土离子能级结构得出Tb3+、Tm3+、Pr3+、Nd3+、Eu3+与Yb3+之间可能存在下转换量子剪裁,其中Nd3+对Yb3+的敏化效果较理想,980 nm近红外发光效率接近200%。玻璃陶瓷中Pr3+→Yb3+能量传递机制是以1G4为中间能级的两步交叉弛豫传能：随着SrF2纳米晶晶粒尺寸逐渐长大,Yb3+红外发光强度逐渐提高。制备了Yb3+掺杂含有ZnO量子点的玻璃陶瓷,在玻璃陶瓷中得到来自间隙氧的橙红发光。由于ZnO量子点与Yb3+之间能量传递,使得Yb3+能被300～500 nm宽峰有效激发,发射980 nm左右近红外光,传能效率和量子产率分别为10%和16.7%,该材料可用于提高c-Si太阳能电池的转换效率。