稀土离子掺杂发光材料在照明和显示等领域,如白光LEDs（Light Emission Diodes）和场发射显示器（Field Emission Displays,FEDs）,具有十分广阔的应用前景,新型发光材料的制备、设计及提高发光效率机理的研究已成为研究热点之一。其中白光LEDs具备亮度强、效率高、能耗低、寿命长、体积小等优点,在固态照明中占有重要份额。FEDs在亮度、视角、工作温度范围、响应时间、能耗等方面较其他平板显示器具备明显优势,被认为是最具有发展潜力的平板显示技术之一。由于Eu²⁺离子具有高发光效率、高色纯度以及在不同的晶体场中发光颜色可调,以及Eu³⁺离子具有受迫电偶极跃迁且能稳定、高效的发射红光的性质,通常Eu²⁺或Eu³⁺离子被多数LEDs和FEDs选取为发光中心。尤其采用单一波长激发的Eu³⁺、Eu²⁺混价荧光粉实现白光LEDs策略,由于其能够有效克服三基色荧光粉低效率和低显色指数等劣势而获得了研究者的广泛关注。另一方面,为寻找进一步提高荧光粉发光效率的新策略,目前利用具有特殊结构基质材料的微结构修饰提高发光中心发光强度的研究日益成为热点。mCaO·nAl₂O₃型铝酸盐由于其环境友好且具有良好的化学稳定性和热稳定性而在近年来得到了越来越多的重视,其中12CaO·7Al₂O₃(C₁₂A₇)具有独特的笼状结构,笼子框架上的Ca²⁺可以被Eu³⁺、Eu²⁺所取代,弱束缚于纳米笼腔中的O2-离子可以被OH-、H-、e-等其它阴离子所替代。由于笼中弱束缚不同种类阴离子时笼子的畸变程度不同,这将改变晶格框架上的Eu³⁺、Eu²⁺的局域对称性,进而调节其辐射跃迁速率。同时,具有高能振动频率的笼中OH-离子还可以调节Eu³⁺、Eu²⁺的无辐射跃迁速率。因此,处于C₁₂A₇晶格框架上的Eu³⁺、Eu²⁺的辐射跃迁速率和无辐射跃迁速率均可能通过其笼中阴离子的种类和数目来调节,进而调节Eu³⁺和Eu²⁺离子的发光。另外,作为另一种高稳定性和环境友好的氧化物基质材料,CaO·Al₂O₃（CaAl₂O₄）能克服硫化物材料结构不稳定引起的毒害效应,且其单斜相的晶体结构导致的低晶体格位对称性也使得其具有作为发光基质材料的潜力。本论文通过在不同气氛（氢气、空气和一氧化碳气体）热处理和阳离子或阴离子取代等策略,研究了C₁₂A₇:Eu²⁺,Eu³⁺和CaAl₂O₄:Eu²⁺荧光粉的发光性能和机理,探索了其在LEDs和FEDs中的潜在应用,通过实验结果得到如下结论:一、采用燃烧法合成了单一相的C₁₂A₇:Eu³⁺红色荧光粉,通过在氢气气氛下热处理,在单一波长255 nm的激发下,同时获得了C₁₂A₇基质中Eu³⁺离子的红光发射和Eu²⁺离子的蓝光发射。进一步通过调节热处理条件改变了C₁₂A₇:Eu³⁺,Eu²⁺的笼中阴离子种类和数目,基于Eu³⁺和Eu²⁺的阴离子局域环境不同,实现了对Eu³⁺,Eu²⁺辐射跃迁速率和无辐射跃迁速率的调节。最终,首次在不改变基质晶格阳离子的前提下,基于对辐射跃迁速率和无辐射跃迁速率的调节,实现了对单一波长激发下的Eu²⁺、Eu³⁺混价荧光粉色坐标的调节,范围可从（0.630,0.352）变到（0.201,0.086）。二、利用燃烧法结合氢气气氛热处理方法制备了纯相Eu掺杂的Ca_11.94-xSr_xAl₁₄O₃₃荧光粉。基于不同浓度Sr²⁺掺杂样品的吸收光谱、光致发光谱和傅里叶红外光谱的研究发现,Eu³⁺掺杂抑制了H-和OH-离子的产生,Sr²⁺掺杂促进了Eu³⁺向Eu²⁺的还原。同时,Eu²⁺光致发光热激活能的增大表明Sr²⁺掺杂增强了C₁₂A₇晶格的刚性。研究结果还表明,Eu³⁺的存在抑制了Sr²⁺离子掺杂对C₁₂A₇光致电子的增强作用。最后,通过Sr²⁺掺杂的策略,在Ca_11.94-xSr_xAl14O₃₃:Eu_0.06样品中,基于对辐射跃迁速率、无辐射跃迁速率和阳离子取代导致的发光数目的调控,实现了紫外光激发下发光颜色从红色到紫色的调节以及电子束激发下发光颜色从粉色到蓝色的调节。三、采用燃烧法和碳包埋以及CO气氛处理方法制备Ca_11.94-xSr_xAl₁₄O₃₃:Eu荧光粉,与H₂气氛热处理时Sr²⁺离子掺杂促进了Eu³⁺向Eu²⁺的还原相比,CO热处理时,Sr²⁺的掺杂诱导了更多的笼中电子产生,这显著增强了C₁₂A₇在碳还原气氛下的结构稳定性。由于Ca_11.94-xSr_xAl₁₄O₃₃:Eu在一氧化碳气氛下热处理的结构不稳定性导致了分相（CaO·Al₂O₃生成）,因此无法精确研究C₁₂A₇中辐射跃迁速率和发光中心数目的变化对Eu²⁺和Eu³⁺发光性能的影响。然而,基于对一系列XRD和光致发光谱的分析,发现CaO·Al₂O₃:Eu²⁺可能具有高效的光发射性能。四、采用燃烧法结合不同温度CO气氛热处理合成了纯相的Ca_0.995Al₂O₄:Eu_0.005蓝色荧光粉。通过对荧光光谱和阴极射线光谱的分析发现:热处理温度越高,光致发光越强,这主要是因为高体表比降低了样品的表面缺陷,从而降低了Eu²⁺的无辐射跃迁速率。然而,对于阴极射线发光,却是热处理温度越低发光越强。基于对样品晶粒尺寸的分析,这主要是因为更低热处理温度导致了更小且均匀的粒子尺寸分布,从而增大了可被电子束有效激发的发光中心数目。五、通过燃烧法合成Ca_0.98-ySr_yEu_0.02Al₂O₄（y=0.00,0.02,0.06,0.10,0.14）前驱粉体,为了便于与氢气气氛热处理的Ca_11.94-xSr_xAl₁₄O₃₃:Eu荧光粉的性质进行对比分析,采用氢气作为还原气氛,获得了单斜相的蓝色Ca_0.98-ySr_yEu_0.02Al₂O₄荧光粉与Ca_11.94-xSr_xAl₁₄O₃₃:Eu样品相比,在相同的热处理条件下,CaAl₂O₄:Eu中的Eu³⁺更易被还原为Eu²⁺。同时,通过样品的光致发光强度测试,优化了Sr²⁺掺杂浓度,当Sr²⁺的掺杂浓度为0.10时,样品的发光最强。最后,通过与商粉BAM:Eu²⁺进行对比分析发现,在电子束激发下,Ca0.88Sr0.10Eu0.02Al₂O₄的发光强度明显优于商粉,这主要归因于CaAl₂O₄本身的低对称性晶体结构和更深的穿透深度,以及基于燃烧法获得的均匀的小尺寸以及低无辐射跃迁速率。同时,在电子束连续作用下,Ca0.88Sr0.10Eu0.02Al₂O₄展现了很好的发光稳定性。这使得Ca0.88Sr0.10Eu0.02Al₂O₄荧光粉在FEDs领域具有良好的应用前景。