稀土发光材料是一类重要的功能材料,广泛应用于照明、显示等领域。硅酸盐具有原料丰富、制备手段简单适应性强、晶体结构稳定、成分易于调整、热稳定性及化学稳定性好等特点,是稀土发光材料理想的基质材料。硅酸盐基发光材料不仅发射光谱丰富,还可以对光谱的位置及强度进行调控。硅酸盐基稀土发光材料涂覆蓝光或近紫外LED芯片可获得高性能的白光LED。白光LED产业的发展对发光材料的性能提出了新的要求。因此,进一步研究新型硅酸盐基稀土发光材料的制备方法、光谱特性以及光谱调控,对于其在白光LED中的应用、白光LED效率和光色性的提高、并促进其在照明中的应用具有重要的意义。本文系统研究了硅酸盐基稀土发光材料的制备方法,光谱特性和光谱调控及其在白光LED中的应用。通过固相反应法和Pechini溶胶—凝胶法制备了一系列硅酸盐基稀土发光材料,研究了Eu²⁺等稀土离子在不同硅酸盐基质中的发光特性,包括吸收光谱、激发/发射光谱、浓度猝灭、能量传递、荧光衰减。对Eu²⁺在基质中的发光行为进行了深入的分析和探讨。通过碱土金属离子的置换对硅酸盐基质的化学成分和晶体结构进行了微调,实现了Eu²⁺的发光光谱的调控,通过多种稀土离子掺杂,实现了敏化发光有效提高了Eu²⁺的发光效率,获得了基于蓝光芯片的高品质白光LED。主要研究工作和成果体现在如下几个方面:1.采用固相反应法和Pechini溶胶—凝胶法制备了M₂SiO₄ （M=Ba, Sr, Ca）、MSiO₃ （M=Ba, Ca）、Li₂MSiO₄ （M=Ba, Sr, Ca）和M₂MgSi₂O₇（M=Ba, Sr, Ca）等硅酸盐基稀土发光材料,对产物的结晶行为、微观形貌、发光性能进行了系统研究;2.系统研究了Ca₂SiO₄-Sr₂SiO₄-Ba₂SiO₄、Li₂CaSiO₄-Li₂SrSiO₄-Li₂BaSiO₄等体系中Eu²⁺离子发射光谱的可调性。Ca₂SiO₄,Sr₂SiO₄,Ba₂SiO₄均具有正交结构且晶格常数相近,可以在全组分内形成连续固溶体,因此Eu²⁺在Ca_2-x-ySr_xBa_ySiO₄晶格中的发光光谱连续可调。而Li₂CaSiO₄、Li₂SrSiO₄、Li₂BaSiO₄晶体结构各不相同,三者之间只能在某些成分范围内形成固溶体,在其他成分内或以两相存在或形成中间化合物,因此Eu²⁺在Li₂Ca_1-x-ySr_xBa_ySiO₄晶格中的发光光谱只能在互溶的成分范围内进行调制;3.通过置换硅酸盐基质晶格中的碱土阳离子对基质晶体场环境进行了有效调控,并利用晶体场强度和配位环境的共价性对Eu²⁺的发光光谱进行调制。基质晶格的对称性越高则晶体场强度越强,晶体场对Eu²⁺ 5d轨道的能级劈裂较严重,Eu²⁺在晶格中的发射光谱的波长较长,发射峰的半峰宽较大;配位阴离子的共价性越强,Eu²⁺外层电子的电子云扩张效应较强,其4f⁶5d¹→4f⁷电子跃迁的发射波长较长;4.研究了硅酸盐基体中Eu²⁺,Ce³⁺共掺杂时的能量传递现象和机理。通过理论分析确定了Ce³⁺→Eu²⁺的能量传递机制为:电子跃迁过程中的电偶极—偶极相互作用机制;5.研究了Eu²⁺,Dy³⁺共掺杂的焦硅酸盐M₂MgSi₂O₇基长余辉发光材料的发光性能,并讨论了其长余辉发光机制。Eu²⁺在晶格中充当发光中心,而Dy³⁺引入了缺陷并成为俘获中心,通过俘获电子/空穴来存储激发能量,随后在晶格热振动辅助下重新释放,从而维持Eu²⁺的余辉发光并延长余辉时间;6.通过激发光谱和发射光谱的研究,获得了适合于白光LED用的硅酸盐基稀土发光材料:Li₂BaSiO₄:Eu²⁺、Li₂CaSiO₄:Eu²⁺、Li₂Ca_0.7Sr_0.3SiO₄:Eu²⁺等蓝光材料; Li₂SrSiO₄:Eu²⁺、Ca₂MgSi₂O₇:Eu²⁺、BaSiO₃:Eu²⁺等黄光材料;用Li₂SrSiO₄:Eu²⁺涂覆460nm蓝光芯片,获得了的亮度为50流明、显色指数为75、色温为5000K左右的暖白光LED器件。