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白光LED(Light emitting diode)照明是一种全新的固态照明技术，具有高光效、低能耗、长寿命、无污染等优点而受到广泛关注。由于LED发出的是单色光，要获得白光，技术上需将LED芯片与特定荧光材料配合组装在一起。最为简单也最为普遍的方案是将InGaN蓝光LED芯片与YAG∶Ce黄光荧光材料配合实现白光照明。虽然这种白光LED发光效率高，然而YAG∶Ce黄光荧光材料的发光光谱中红光区域强度偏弱，导致其显色性差。解决办法之一是添加能够被蓝光LED激发的红光荧光材料。近些年来也有人提出其它的方案解决这种显色性差的问题，例如通过蓝光芯片同时激发红、绿双色荧光材料获得白光，或者通过紫外LED芯片同时激发红、绿、蓝三色荧光材料获得白光。显而易见，这些实现白光LED照明的方案中，都需要选用适当的红光荧光材料。因此设计和开发高效、稳定、低成本的红光荧光材料并阐明相应的发光机理的研究是材料物理研究的热点课题之一。 稀土元素铕(Eu)是一种重要的红光荧光材料的激活剂。目前比较受关注的材料体系主要有Eu3+激活的钨钼酸盐氧化物、Eu2+激活的碱土金属硫化物以及Eu2+激活的硅基氮化物等。Eu3+激活的钨钼酸盐氧化物的发光色纯度高但效率偏低，Eu2+激活的碱土金属硫化物化学稳定性差，Eu2+激活的硅基氮化物虽然具有高的效率和良好的稳定性，但其合成条件苛刻，大大抬高了其制备成本。针对以上问题本论文以设计和开发稳定、高效、低成本红光荧光材料为目的，围绕Eu激活的白光LED用红光荧光材料展开研究，根据发光学基本原理设计开发新型 Eu激活红光荧光材料，研究共掺杂对基质结构及Eu发光性质的影响及其相应的物理机制，改善Eu激活红光荧光材料的发光强度及色度特性。主要内容和结论有以下四个方面: 首先，通过对材料结构的分析，发现一种结构上非常有利于Eu3+红光发射的基质材料，在该基质材料中掺杂发光中心Eu3+，开发了一种高效红光荧光材料，并研究了共掺杂电荷补偿剂对其发光性质的影响及其机理。在具有非对称位B位特殊结构的双钙钛矿A2BBO6型化合物Sr3WO6基质中掺杂Eu3+得到了很强的红光发射，并通过共掺杂电荷补偿剂Li、Na、K使发光强度得到进一步增强，研究表明K的电荷补偿效果最好，且不同掺杂浓度下K对Sr3WO6∶Eu3+的发光增强的效果不同，高浓度下共掺杂K时Eu3+的发光增强得更多。对高低掺杂浓度下K掺杂对Eu3+发光增强的不同物理机制进行了讨论，结果显示低掺杂浓度下K仅起到电荷补偿的作用，即平衡电荷减少Eu3+的偏析，而高掺杂浓度下K除了起电荷补偿的作用以外还改变了Eu3+的格位对称性，增加了Eu3+的跃迁概率，使发光强度进一步提高。Sr3WO6∶K+，Eu3+在近紫外光和蓝光激发下都有比较强的红光发射，有望成为用于白光LED的红光荧光材料。 其次，基于共掺杂对Eu3+激活红光荧光材料结构对称性的影响，成功地开发了K掺杂Ca3WO6∶Eu3+的高效红光荧光材料。以Ca3WO6∶Eu3+为研究对象，分析了共掺杂不同碱金属电荷补偿剂对Eu3+取代晶格位对称性和发光之间的关系，共掺杂引起的Eu3+取代晶格位对称性的不同导致碱金属对Ca3WO6∶Eu3+发光增强的效果不同，其顺序为K＞Li＞Na。通过对比Sr3WO6∶Eu3+和Ca3WO6∶Eu3+的结构和发光性质，研究了K共掺杂对Eu3+发光的影响，发现K对Ca3WO6基质晶格对称性会产生更大的影响，使Eu3+的红光跃迁概率增加，因此在选择Eu3+激活的基质材料时不仅要关注基质本身的对称性，更要关注掺杂离子种类与取代离子种类的不同对晶格对称性的影响。此外通过拉曼和理论计算分析了Ca3WO6∶K+，Eu3+的掺杂取代位，结果表明K+和Eu3+均为A位取代。近紫外光激发下，Ca3WO6∶K+，Eu3+的发光强度是商用红光荧光材料Y2O2S∶Eu3+的3.5倍，Ca3WO6∶K+，Eu3+有望成为用于白光LED的高效红光荧光材料。 第三，通过S掺杂Eu2+激活氧化物荧光材料，调节其发光色度，得到高效的Eu2+激活氧化物红光荧光材料，为设计开发新型高效氧化物红光荧光材料提供了新的设计思路和依据。采用改进的方法，通过一步反应成功地合成了HTP-Ca2.95SiO4Cl2∶0.05Eu2+橙色发光样品，其荧光发射峰中心波长位于600 nm。在此基础上，通过以CaSO4作为S源高温H2还原的巧妙办法进行S2-掺杂，得到了S2-掺杂HTP-Ca2.95SiO4Cl2∶0.05Eu2+样品，使HTP-Ca2.95SiO4Cl2∶0.05Eu2+的荧光发射波长红移40nm，得到一个很好的红光荧光材料，并且激发光谱随着S2-掺杂含量的增加先红移后蓝移。对S2-掺杂引起的HTP-Ca2.95SiO4Cl2∶0.05Eu2+的荧光光谱移动的机理进行了研究，发现S2-掺杂导致更强的晶体场能级劈裂效应和电子云扩展效应，这两种效应共同作用使S2-掺杂HTP-Ca2.95SiO4Cl2∶0.05Eu2+的荧光光谱发生移动。S2-掺杂HTP-Ca2.95 SiO4Cl2∶0.05Eu2+具有良好的发光色度及效率特性，有望成为一种近紫外光或蓝光LED激发的白光LED用红光荧光材料。 第四，通过Ce3+共掺杂显著提高了Ca4P2O9∶Eu2+的红光发射强度，并对其机理进行了讨论。首次报道并研究了Ca4P2O9∶Ce3+的发光性质，发现Ca4P2O9∶Ce3+在近紫外光激发下的荧光发射光谱与Ca4P2O9∶Eu2+的激发光谱有很好的光谱重叠。以此为基础，研究了Ce3+、Eu2+共掺杂Ca4P2O9中Ce3+-Eu2+的能量传递过程以及能量传递效率，实验表明Ce3+-Eu2+存在很高的能量传递效率。通过Ce3+、Eu2+共掺杂显著提高了Ca4P2O9∶Eu2+的红光发射强度。本论文进一步对Ce3+共掺杂使Eu2+发光增加的机理进行了分析，发现除了能量传递过程以外，Ce3+掺杂使Eu3+更容易被还原为Eu2+，增加晶格中Eu2+的实际含量，从而增加了发光中心数目，同时减少了Eu3+的含量，即减弱了Eu3+对Eu2+发光的淬灭，使发光进一步增强。