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硅酸盐是一类非常重要的无机化合物。它的结构稳定,种类繁多,具有丰富的性质以及广阔的应用前景,因此被广泛应用于各种工业生产、科学研究以及日常生活中。从上世纪五十年代开始,科学家们开始将硅酸盐中的氧用氮替代,得到了结构与组成更为多样化的氮化物硅酸盐。氮化物硅酸盐是非常重要的非氧化物陶瓷材料之一。基于其良好的热稳定性、化学稳定性以及较高耐磨、耐高温等特性,氮化物硅酸盐被广泛应用到各种领域中。 由于荧光粉转化的白色发光二极管(pc-w-LEDs)的广泛应用,氮化物硅酸盐作为一类新型的荧光材料基质,由于其相比传统灯用荧光粉具有可见光激发以及较小的斯托克位移等特点,近年来备受人们关注。但是与此同时,由于受到氮化物的合成条件苛刻以及反应原料成本较高的限制,目前的该领域的科学研究以及工业生产还十分有限。本论文试图探索一些简单有效的氮化物以及氮氧化物的合成方法,希望通过这些方法合成一些新型的氮化物以及氮氧化物硅酸盐基质,并研究其稀土掺杂后的荧光性质。我们以二价碱土金属的氮化物硅酸盐以及氮氧化物硅酸盐为研究对象,利用气氛保护下的高温固相法得到了这类体系的纯相化合物,通过粉末X-射线衍射、中子衍射和电子衍射,并结合29Si固体核磁等分析手段对新物相晶体结构进行解析,随后我们对样品进行了稀土离子掺杂并对这些化合物的荧光性质进行了系统的表征与研究。通过上述研究思路,我们得到以下主要研究成果: 1.用高温固相法合成了氮氧化物硅酸盐体系MSi2O2N2(M=Ca,sr,Ba),研究了合成温度、时间以及还原气氛对该体系化合物结构的影响,并以Eu2+或Ce3+作为激活剂对体系进行掺杂,研究了合成温度、还原次数以及稀土离子掺杂浓度对结构以及荧光性能的影响。 2.合成了新型的氮氧化物硅酸盐体系M3Si2O4N2(M=Ca,sr),通过粉末X-射线衍射、中子衍射和电子衍射对其晶体结构进行了解析。其骨架结构是由12个[SiN2O2]四面体通过共顶点连接形成的十二元环堆叠形成的,并在[111]方向上存在孔道结构。中子衍射证明N原子是处于四面体的桥连位置,而O原子处于四面体的顶点位置上。以稀土离子Eu2+或Ce3+作为激活剂掺杂时发现该体系与MSi2O2N2(M=Ca,Sr)体系相比具有更强的激发和发射红移。Eu2+、Ce3+激活的Ca3Si2O4N2发光波长分别为540 nm和470 nm;Eu2+、Ce3+激活的Sr3Si2O4N2发光波长分别为600 nm和520 nm。二者都可以很好的适用于近紫外以及蓝光LED,是非常有应用前景的pc-w-LEDs的荧光材料。 3.高温固相法合成了氮化物硅酸盐CaSiN2,利用中子衍射,透射电镜以及能谱对其结构含有的微量氧元素含量进行了表征,并系统研究了Ca1-2xSiN2:xCe3+,xLi+系列样品的荧光性质,发现该体系在近紫外到蓝光区(350nm-470 nm)都有很强的激发,从而可以作为一种黄色荧光粉很好的应用于近紫外以及蓝光LED激发的pc-w-LEDs中。 4.通过X-射线衍射,中子衍射以及电子衍射等技术手段,对粉末样品立方相CaSiN2的晶体结构进行解析。该化合物是一个以[SiN4]四面体通过共顶点连接形成的团簇结构,Ca2+位于团簇的间隙。