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本论文首先系统性地阐述了白光LED (w-LED)用荧光材料、长余辉材料、光激励长余辉发光材料以及光致变色材料的研究历史、发展现状和应用前景。具体内容主要围绕过渡金属离子(Mn4+, Mn2+和Cr3+)掺杂的白光LED用红色荧光材料和长余辉材料,以及Eu2+掺杂的无机粉体光致变色材料展开研究。根据对目前离子掺杂无机功能发光材料的研究现状调查分析发现所面临的一些问题：当前白光LED用高效红色荧光粉比较缺乏；真正满足实用要求的长余辉材料依然比较少,长余辉机理尚存在许多悬而未决的问题；近红外长余辉以及光激励近红外长余辉材料将可能是现代生物光学成像发展瓶颈的一个重要突破口；无机粉体光致变色材料目前处于初期发展阶段。针对研究热点和面临的挑战,我们经过大量相关试验和优化,得到几种性能较好的发光材料。本文所完成的主要研究内容和结果陈述如下：(1)通过高温固相法合成了Mn4+掺杂的SrGe4O9红色荧光粉,其宽带激发与蓝光LED能够很好的相匹配,发射为位于655 nm左右的线状谱,发光强度是已报道的Sr4Al14O25:Mn4+的1.2倍。另外,我们通过探索又合成出一种原材料廉价易得的Mn4+掺杂Li2MgTiO4红色荧光粉。我们系统研究了该荧光粉在高温、常温和低温下的稳态和瞬态荧光特性。该荧光粉宽带激发与蓝光LED匹配吻合,发射位于676 nm,其发光强度是商用红粉3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+的四倍以上。将该红色荧光粉和YAG商用黄粉与蓝光LED芯片进行封装,发现添加合成的红色荧光粉后对白光的显色指数(从59.65到71.43)和色温(从6989到5568 K)有明显的改善。另外,在前人的研究基础上总结规律,对Mn4+的2Eg能级能量与β1之间的关系提出一个经验公式E(2Eg)=15663.33β1-278.76,对以后的研究起到一定的指导和验证性作用。(2)通过高温固相法合成了非掺杂和Mn2+掺杂的A2BGe04 (A=Li, Na; B=Zn, Mg)结构蓝色和绿色长余辉材料。Mn2+掺杂Li2MgGeO4绿色长余辉材料,其余辉时间超过5小时；非掺杂和Mn2+掺杂Na2ZnGeO4长余辉材料分别表现出余辉时间持续40分钟的蓝色长余辉和余辉时间4小时的绿色长余辉现象；非掺杂Mn2+掺杂Li2ZnGeO4长余辉材料,其余辉颜色分别为蓝色和绿色,余辉持续时间分别为5小时和8小时。通过对它们的荧光特性、余辉衰减以及热释光特性的研究,证实了基质向Mn2+的能量传递过程,同时对基质中本征缺陷形成的陷阱作了探讨,并建立能级模型图,对Mn2+余辉产生机理作了深入讨论。(3)通过高温固相法成功合成了过渡金属离子Cr3+掺杂Mg4Ga8Ge202o基质的新型多功能材料。采用Rietveld结构精修方法对Mg4Ga8Ge2O20基质结构进行解析。系统研究了该材料在高温、常温和低温下的稳态和瞬态荧光特性,并给出对应的合理解释。该材料具有近红外长余辉特性,持续时间大于25小时,有望用于活体生物成像。同时,该材料具有光激励近红外长余辉特性,不仅能用近红外光,还可以用可见光诱导近红外光激励长余辉现象,且可以实现多次重复光激励激发。另外,该材料还具有光致变色特性,在紫外光和可见光或加热条件交替作用下材料表面呈现出白色/浅绿色和玫瑰棕色之间的可逆变化,且该特性具有非常好的持久性、抗疲劳性和高温稳定性。我们通过电子自旋共振(ESR)证明了变色过程中发生了Cr3+与Cr5+之间的相互转变并且伴随电子被陷阱的俘获和释放。这三种性质之间有内在的联系,被证实都与陷阱存在关联。通过不同条件下(改变激发光波长、激发时间、激发时的温度、激发后等待时间、激发后处理温度和漂白光波长等)的热释光研究以及采用温度初始上升法,揭示了基质材料中的陷阱分布和陷阱深度,从而建立机理图,对该材料同时具有的三种性质的产生机理本质进行了详细地阐述。(4)成功合成Eu2+掺杂的Zn2Ge04和Sr3YNa(PO4)3F光致变色材料。非掺杂和Eu2+掺杂的Zn2GeO4在紫外光和可见光或加热条件交替作用下材料表面呈现白色和灰色之间的可逆转变,Eu2+的掺杂有助于变色性能的提高。Sr3YNa(PO4)3F:Eu2+在紫外光和可见光或加热条件交替作用下材料表面呈现无色和青色之间的可逆转变,且具有较好的持久性、抗疲劳性和高温稳定性。我们首次通过不同条件下热释光的表征方法来研究了光致变色材料中的陷阱问题,很好地解释了陷阱在光致变色过程中所起到的作用。此外,我们通过ESR表征方法,结合热释光结果,有力地支撑了对变色中心在着色和漂白过程中产生变化的推测,证实了Eu2+在紫外光作用下被激发,Eu2+转变为Eu3+,电子被本征缺陷氧空位形成的电子陷阱所俘获而形成色心,从而导致光致变色现象。而当电子在室温下自动或在外界条件(如可见光照射或加热)作用下被迫逃出陷阱回到Eu3+,从而实现了漂白。根据所得结果建立机理图,能够很好的解释观察到的现象。