新型持续能量传递型硅酸盐红色蓄光材料的研制可行性研究报告.doc

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1、南昌市科技计划项目可行性研究报告计划类别： 科研攻关项目名称：新型持续能量传递型硅酸盐红色蓄光材料的研制项目类别： 重大重点项目课题名称：申请单位： 江西财经大学 （盖章）项目（课题）负责人： 吕兴栋起止年限： 2007年7月至2009年7月通讯地址、邮编： 江西财经大学电子学院 330013联系电话、传真： 0791-3891364报告编制单位： 南昌市科技局南昌市科技局制二六年六月编 写 说 明一、本可行性研究报告格式适用于南昌市科技计划（软科学研究计划、国际科技合作与交流计划除外）项目开展可行性研究时使用，其主要依据是相应的南昌市科技计划项目申请书。二、本可行性研究报告是市科技局组织技术

2、经济可行性论证的主要材料和科技计划项目立项的重要依据，各项内容应实事求是，逐项编写。三、本可行性研究报告附件材料中，涉及引进技术的项目，须附有技术引进协议和有关知识产权的文件。四、本可行性研究报告一式六份，一律用A4纸打印，于左侧装订成册。一、总论（一）项目的主要内容及技术原理简述1.项目的主要内容本项目主要研究以硅酸盐为基质材料的稀土离子与过渡金属离子协同作用的红色长余辉蓄光体系。通过系统研究硅酸发光体系中过渡金属离子与其它共掺杂离子之间的持续能量传递现象、规律特征及其相关影响因素，探究实现红色长余辉发光的各种关键性因数，为开发新型硅酸盐红色长余辉材料提供实验数据和技术支持。针对当前长余辉发

3、光材料特别是红色长余辉发光材料的研究现状，本项目拟分别在二元硅酸盐体系（主要是正硅酸盐体系）和三元硅酸盐体系（主要是焦硅酸盐体系）中，从过渡金属离子（如Mn2+）与稀土共掺杂离子之间的持续能量传递、持续能量传递所致余辉机理、硅酸盐红色长余辉发光粉的配方设计与工艺参数优化等几个方面入手，对持续能量传递现象、规律及其在红色蓄光材料合成中的应用进行系统深入地研究，研究内容主要包括：持续能量传递型正硅酸盐体系红色蓄光材料的制备与研究；持续能量传递型焦硅酸盐体系红色蓄光材料的制备与研究；持续能量传递型长余辉发光机理研究。2. 技术原理简述 本项目的技术原理将从材料合成、离子掺入与长余辉发光的实现三个方面

4、入手，为了更好地进行说明，将以MgSiO3:Mn2+,Eu2+, Dy3+发光体系为例进行阐述： 材料固相合成反应原理 高温条件下，MgO与SiO2的晶粒界面间发生反应，生成鳞石英结构的MgSiO3 层。这是一种典型的固固加成反应，反应主要经历成核和生长两个阶段。由于生成的晶核与反应物的结构不同，因此成核反应需要通过反应物界面结构的重新排列，其中包括阴、阳离子键的断裂和重新结合。为使反应进一步进行以及产物MgSiO3 层厚度增加，Mg2+和Si4+离子必须通过已存在的MgSiO3 层到达新的界面，这里主要包括如下两个界面反应：(a)界面MgO/ MgSiO3 Si4+ - 2Mg2+ + 3M

5、gO MgSiO3 （1）(b)界面SiO2/ MgSiO3 2Mg 2+ - Si4+ 3SiO2 2MgSiO3 （2）总反应： 3MgO + 3SiO2 3MgSiO3 （3）影响固相反应速率的重要因素有反应温度、反应固体之间的接触面积及其表面积、产物相的成核速率及离子通过各物相特别是通过产物相的扩散速度等。显然，要缩短反应时间，必需把这些因素扩大到最大程度。 掺杂离子掺入反应原理在高温固相反应过程中，原料中杂质离子引入，会产生掺杂反应。对于 Mn2+、Eu2+、Dy3+等离子（以MgSiO3:Mn2+, Eu2+, Dy3+为例）来说，由于它们的离子半径与Mg2较接近，因此在晶格点阵中

6、将会取代Mg2的位置，从而形成不同晶格点缺陷，具体反应如下： xEuO + SiO2 + (1-x)MgO Mg1-xEuxSiO3 1-x x 3 (4) xMnO + SiO2 + (1-x)MgO Mg1-xMnxSiO3 1-x x 3 (5) xDy2O3 + SiO2 + (1-2x)MgO Mg1-3xDy2xSiO31-3x2x 3 x (6) 红色长余辉发光原理 掺入晶格的离子形成不同的晶格点缺陷，对长余辉发光产生重要影响。以MgSiO3:Mn2+,Eu2+, Dy3+为例，、分别构成不同的发光中心，、构成不同深度的陷阱能级。发光时，Eu2+（）将空穴与电子复合产生的能量持续

7、不断地传递给发红光的Mn2+（），从而实现Mn2+红色长余辉发光。（二）项目的目的和意义 长余辉发光材料又称蓄光材料，是一类光致储能材料，又称为“夜光粉”，广泛应用于弱光照明、应急指示、建筑装饰和工艺美术等领域。近年来又逐渐拓展到信息存储、高能射线探测等应用领域，相关研究逐渐引起人们的重视。现有可见光区的三基色稀土长余辉材料中，蓝绿色材料是主要以稀土元素掺杂的铝酸盐和硅酸盐材料为主，其发光亮度和余辉时间等发光性能已达到实际应用的需要，并已实现工业化生产。而红色长余辉材料一直处于研发阶段，现有的硫化物和硫氧化物红色长余辉发光材料的余辉时间、发光亮度、化学稳定性以及原材料成本等指标与蓝色和黄绿色材

8、料存在较大差距。因此，寻找和合成具有优良发光性能的红色长余辉发光材料的研究成为热点课题。本项目研究的目的是为开发出新的发光亮度高、余辉时间长、化学性质稳定的新型硅酸盐红色长余辉蓄光材料。该项目的顺利实施，不仅可以丰富长余辉发光材料特别是红色长余辉发光材料品种，降低红色长余辉发光粉体成本，进一步拓展三基色长余辉发光材料在各个领域的应用，还可为研制新型红色长余辉材料提供基础数据和技术支持，同时有望在光电子理论方面获得新的突破。本项目的原材料主要为稀土和有色金属等矿产资源，该项目的顺利实施，还可充分利用江西丰富的稀土和有色金属资源，提升稀土或有色金属深加工产品的附加值，为江西的经济发展与腾飞做出贡献

9、。（三）相关技术领域国内外发展现状、趋势目前，红色长余辉材料产品品种较少，成本较高，而且其余辉时间及亮度等性能指标与蓝色和黄绿色材料存在较大差距。因此，寻找和合成具有优良发光性能的红色长余辉发光材料的研究成为热点课题。在红色长余辉蓄光材料的研究方面，国内外研究的趋势从传统的硫化物系列（如：CaS:Eu2+,Tm3+）转向硫氧化物系列(如:Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+)、钛酸盐系列(如:CaTiO3:Pr3+)、硅酸盐系列(如ZnSiO3: Mn2+,As3+)等方面。目前，虽然出现了不少新的红色长余辉发光品种，但长余辉发光特性较差，成本较高（如硫氧化物系列品种），化学稳定性较差，无

10、法与发蓝绿光的铝酸盐和硅酸盐品种相匹配。因此，仍需要进一步开拓思路，开发出与蓝绿色长余辉发光粉性能相匹配的红色长余辉发光材料。在红色蓄光材料的研究开发当中，当前主要存在如下几种研发途径：在现有品种（如硫化物或硫氧化物）的基础上，通过辅助掺杂离子（如稀土离子或过渡金属离子等）的掺入，改进产品的长余辉发光性能。如Tm3+、Eu3+、Bi3等离子对CaS:Eu2+发光体长余辉发光性能的改进，Mg2+,Ti4+等子对Y2O2S:Eu3+发光体长余辉发光性能的改进等。在原有基质材料的基础上，通过改变改变激活剂离子种类，合成出新的红色长余辉发光品种。如Sm3+在Y2O2S:Sm3+中的橙红色长余发光。通过

11、改变基质组成 , 合成出新的红色长余辉发光品种。如Gd2O2S:Sm3+，La2O2S:Eu3+,Mg2+,Zr4+等红色发光体的合成。从新基质材料入手，寻找新的材料基质以及与其相对应的掺杂离子，获得化学稳定性好、余辉强度大、余辉时间长的红色长余辉发光新体系。如Zn3(PO4) 2: Mn2+，CdSiO3: Mn2+ ，CdSiO3: Sm3+等新的长余辉红色发光体的出现，正是沿着这一研究途径所取得的结果。除了上述途径外，最近还出现了一个新的研发思路，就是利用掺杂离子之间的持续能量传递现象，开发出新的红色长余辉发光体系。这一方法是由美国南乔治大学的Yen, William 、XiaoJun

12、Wang等人率先提出，并成功应用于碱土铝酸盐、碱土硅酸盐和碱土硅铝酸盐等长余辉发光材料的合成当中。美国南乔治大学的XiaoJun Wang等人利用Tb3+与Ce3+之间持续发光传递现象，实现Tb3+在CaAl2O4:Tb3+, Ce3+中的黄色超常余辉发光（余辉时间约为10h）；利用Mn2+与稀土掺杂离子Eu2+和Ce3之间的持续能量传递现象，分别合成出CaAl2O4:Mn2+, Ce3+，Ca2 Al2SiO7:Mn2+, Ce3+ 和 MgSiO3:Mn2+,Eu2+, Dy3+等三种蓝、黄、红超长余辉发光体。在国内，中国科学院长春应用化学研究所张家骅等人合成的Sr4Al14O25:Eu2

13、+,Dy3+,Cr3+长余辉发光体中，利用Cr3+与 Eu2+之间的持续能量传递现象，实现了Cr3+在694nm左右的红色余辉长余辉发光，其不足之出在于体系中仍然存在Eu2+的蓝色发光，发光体的表现出来的外在发光颜色不是红色，而是接近白色。中国科技大学的戚泽明等人对MgSiO3:Mn2+,Eu2+, Dy3+、MgSiO3:Mn2+, Dy3+发光体系进行了初步的研究，但其所合成的硅酸盐基质材料与XiaoJun Wang等人的工作类似。 由于硅酸盐系列长余辉发光粉具有余辉时间长、化学性质稳定（尤其是耐水性好）、成本低等特点，其相应产品在许多领域正得到越来越广泛的应用，但其相应品种主要是蓝绿色发

14、光体系，因此开发与其相配套的硅酸盐红黄色长余辉发光粉品种有着更为重要的意义。考虑到Mn2+特殊的电子能级结构，其3d5 多重态能级模式强烈地依赖于所处基质晶格环境的晶体场作用, 因而在不同的晶格环境中会呈现不同颜色的发光。研究过渡金属的Mn2+的在硅酸盐基质中的红色长余辉发光行为，特别是利用过渡金属Mn2+与稀土掺杂离子之间的持续能量传递现象，开发新的化学稳定性好、余辉强度大、余辉时间长的硅酸盐红色长余辉发光体，是一个值得深入研究的领域。随着对该长余辉发光机制研究的不断深入，也必将对研制与开发新型红色长余辉材料提供基础数据和技术支持。（四）项目申请单位、主要合作申请单位及项目主要负责人的基本情

15、况1项目申请单位江西财经大学是我省著名高等院校，在国内财经领域具有一定的影响。江西财经大学发展迅速，在材料、化学、光电子领域，拥有电子学院、资源与环境学院、材料研究所等教学科研实体单位，其中电子学院一个成立不久的学院，有专职教师55人，其中教授、副教授25人，具有博士学位12人，其中材料研究领域有博士7人。光电材料是电子学院的一个重要的学科发展方向，现已建立了材料配置、材料烧结以及材料测试等多个实验室，拥有一批先进的实验设备。近年来，电子学院在发光材料领域共公开发表论文60余篇，其中被国际权威检索SCI、EI、ISTP收录20余篇，在研国家级、省部级课题5项，研究经费达300万元。2项目主要负

16、责人学历2002.9 2005.6 学校与专业：中南大学 化学化工学院应用化学专业；研究方向：稀土发光材料；学位：博士学位1995.9 1998.7 学校与专业：湖南大学 化学化工学院金属腐蚀与防护专业，研究方向：化学电源；学位：工学硕士学位研究经历2005.6 至今 于江西财经大学电子学院材料研究所 主要从事稀土发光材料的研究工作2002.9 2005.6 于中南大学 作为研究骨干主要从事碱土铝酸盐长余辉发光材料的超细粉体制备、构效关系及其表面改性与应用研究以及镓酸锌的制备、表征及发光性能研究1998.6 2002.8 于东莞新科磁电厂 作为项目负责人主要从事光通讯部件的工艺开发研究 199

17、6.7 1998.6 于湖南大学 作为研究骨干主要从事新型胶体电解质铅酸蓄电池的研究项目申请人多年了一直从事稀土发光材料的研究，参了多项国家级、省部级研究课题，取得了如下的科研成果： 学术论文：1 吕兴栋，舒万艮. SrAl2O4:Eu2+, Dy3+晶格点缺陷的形成及其在发光材料中的作用. 无机化学学报，25(2006)123-127（SCI检索）2 L Xingdong. Silica Encapsulation Study on SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. Materials Chemistry and Physics, 2005，93（2-3）: 526-530

18、（SCI、EI检索）3 吕兴栋，方勤，舒万艮. 基质组成对Eu, Dy共掺杂铝酸锶发光性能的影响. 发光学报，2005，26（6）：727-7314吕兴栋，舒万艮. 碱土铝酸盐长余辉发光材料的有机包覆及其表征. 应用化学，2005, 22:638-6425 L Xingdong. Roles of Point Defects in Persistent Luminescence of SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. 14th International Conference on Luminescence, 2005，7，Beijing (Abstract)6 L Xingd

19、ong. Alumina Encapsulation Study on SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. 14th International Conference on Luminescence, 2005，7，Beijing (Abstract)7 吕兴栋，舒万艮, 石鹏途. 长余辉发光材料研究现状. 稀土，2005, 29：32-358 石鹏途, 舒万艮, 于健, 吕兴栋. CaO-SiO_2-B_2O_3Sm_2O_3玻璃的合成及Sm-(3+)发光性质研究. 中国稀土学报，2005，23（4）：425-4289 石鹏途, 舒万艮, 于健, 吕兴栋. CaO-SiO_2-

20、B_2O_3玻璃中Sm-(3+)的发光性质. 稀土，2005，26（6）: 8-1110 吕兴栋，舒万艮，黄可龙等. 掺杂B在SrAl2O4:Eu,Dy中的作用及其机理研究. 中国稀土学报, 2004，22：312-316 11 L Xingdong, Shu Wangen. Synthesis of Ultrafine SrAl2O4:Eu,Dy Phosphor and its Luminescent Properties. Journal of Rare Earths, 2004, 22：71-75（SCI检索）12 吕兴栋，舒万艮. 碱土铝酸盐长余辉发光颜料表面包膜的研究. 无机材料学

21、报，2004，19：1373-1378（SCI、EI检索）13 吕兴栋，舒万艮，黄可龙. SrO/Al2O3比率对SrAl2O4:Eu2+, Dy3+发光性能的影响. 发光学报, 2004，25：673-677 14 吕兴栋，舒万艮. SrAl2O4:Eu,Dy发光粉的机械发光与机械猝灭研究. 第十届全国发光学术会议论文摘要集，2004, p12115 吕兴栋，舒万艮，石鹏途. 硬盘磁碟润滑剂失效机理及其添加剂X-1P的研究. 化学物理学报, 2004，17：70-74 （SCI检索）16 吕兴栋，舒万艮，石鹏途. 长余辉发光颜料的研究, 涂料工业,2004，34：44-4717 李红兵, 刘

22、又年, 舒万艮, 吕兴栋. 超细MgAl11O19:Tb3+,Ce3+ 的制备研究. 应用化工，2004，33（2）：11-14 18 Shi Pengtu, Shu Wangeng, Li Shixun, L Xingdong. Luminescent properties of BaO-La2O3-B2O3 glasses with dopant. Journal of Central South University of Technology, 2004, 11:156-160（SCI、EI检索）19 石鹏途, 舒万艮, 廉世勋, 吕兴栋. CaO-La2O3-B2O3-Eu2O3转光

23、玻璃的合成及荧光性质. 稀土，2004，25：1-520 周海晖, 吕兴栋, 陈范才, 赵常就. 一种新型铅酸蓄电池正极基底的研究.湖南大学学报（自然科学版）, 2002, 27(1):31-34 （EI检索）21 吕兴栋，赵常就. 铅酸蓄电池胶体电解质的制备. 电池, 1998,28(5):211-213 （EI检索）22 吕兴栋，舒万艮, 方勤. 相组成对xSrOyAl2O3Eu2+,Dy3+发光性能的影响. 稀有金属材料与工程, 已录用（SCI源刊）23 Xingdong L,Wangen Shu. Roles of Crystal Defects in Persistent Lumin

24、escence of Eu2+, Dy3+ Co-doped Strontium Aluminate based Phosphors. Rare Metals, accepted （SCI源刊）24 Xingdong L, Wangen Shu, Qin Fang, Quanmao Yu, Xinqiang Xiong. Roles of Doping Ions in Persistent Luminescence of SrAl2O4:Eu2+, RE3+ Phosphors. Journal of Material Science, accepted （SCI源刊）25 Xingdong

25、L, Wangen Shu, Qin Fang, Quanmao Yu, Xinqiang Xiong. Alumina Encapsulated SrAl2O4:Eu2+, RE3+ Phosphors. Powder Technology, in review （SCI源刊） 近期申请的相关专利： 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面二氧化硅致密膜层包覆方法（申请号：2006100193156） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面氧化铝致密膜层包覆方法（申请号：2006100193160） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面有机膜层包覆方法（申请号：200610019318X） 一种碱土铝酸盐长余辉发光

26、粉超细粉体制备方法共沉淀/微波法（申请号：2006100193194） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉超细粉体制备方法溶胶-凝胶/微波法（申请号：2006100193175）（五）有关本项目的现有工作基础和支撑条件 1、前期研究基础项目组主要成员多年来一直从事发光材料（特别是稀土发光材料）的科研工作，参与了多项各类级别相关的研究课题，在发光材料特别是长余辉发光材料的研究方面积累了丰富的科研经验，具有较强的研发能力。在红色长余辉蓄光材料方面，进行了初步的研究，取得了较好的实验结果。目前，项目组在本课题相关的稀土发光材料方面取得了丰富的科研成果，主要包括如下：项目组主要成员近期发表的相关主要学术论文：

27、1 SrAl2O4:Eu2+, Dy3+晶格点缺陷的形成及其在发光材料中的作用. 无机化学学报，25(2006)123-1272 Silica Encapsulation Study on SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. Materials Chemistry and Physics, 2005，93（2-3）: 526-530 3 基质组成对Eu, Dy共掺杂铝酸锶发光性能的影响. 发光学报，2005，26（6）：727-7314 碱土铝酸盐长余辉发光材料的有机包覆及其表征. 应用化学，2005, 22:638-6425 Roles of Point Defects in

28、Persistent Luminescence of SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. CLC05 Abstracts, 2005,Beijing6 Alumina Encapsulation Study on SrAl2O4:Eu,Dy Phosphors. CLC05 Abstracts, 2005,Beijing7 长余辉发光材料研究现状. 稀土，2005, 29：32-358 掺杂B在SrAl2O4:Eu,Dy中的作用及其机理研究. 中国稀土学报, 2004，22：312-316 9 Synthesis of Ultrafine SrAl2O4:Eu,Dy Phosph

29、or and its Luminescent Properties. Journal of Rare Earths, 2004, 22：71-7510 碱土铝酸盐长余辉发光颜料表面包膜的研究. 无机材料学报，2004，19：1373-137811 SrO/Al2O3比率对SrAl2O4:Eu2+, Dy3+发光性能的影响. 发光学报, 2004，25：673-677 12 SrAl2O4:Eu,Dy发光粉的机械发光与机械猝灭研究. 第十届全国发光学术会议论文摘要集，2004, p12113 长余辉发光颜料的研究, 涂料工业,2004，34：44-4714 超细MgAl11O19:Tb3+,Ce

30、3+ 的制备研究. 应用化工，2004，33（2）：11-14 15 Luminescent properties of BaO-La2O3-B2O3 glasses with dopant. Journal of Central South University of Technology, 2004, 11:156-16016 CaO-La2O3-B2O3-Eu2O3转光玻璃的合成及荧光性质. 稀土，2004，25：1-517 FED荧光粉研究进展. 液晶与显示, 2005, 1：25-2818 Y3Al5O12:Tb荧光粉的溶胶-凝胶法合成及其特性研究. 第十届全国发光学术会议论文集,

31、2004, 8,辽宁,大连19 The synthesis and morphology control of high after-grow intensity SrAl2O4:Eu,Dy phosphor. the 9th solid-chemistry seminar of china, 2005, P10, Beijing20蓝色荧光粉光谱特征对FED性能影响的色度学模拟计算. 发光学报,2004,25(3):321- 32421 YSi2O4:Ce荧光粉的溶胶-凝胶法合成及其特性研究.第十届全国发光学术会议,2004,8,辽宁,大连22 CaO-SiO_2-B_2O_3玻璃中Sm-(

32、3+)的发光性质. 稀土，2005，26（6）:8-1123 CaO-SiO_2-B_2O_3Sm_2O_3玻璃的合成及Sm-(3+)发光性质研究. 中国稀土学报, 2005，23（4）：425-42824 Growth, structure and spectroscopic characterization of Nd3+-doped LiLa(WO4)2 crystal, , Journal of Crystal Growth，269 (2004)401-410（SCI检索）25 Growth and up-conversion of Er/Yb-codoped LiGd(MoO4)2

33、crystal. Journal of Crystal Growth， 276 (2005)177-181（SCI检索）26 Growth, structure and spectral characterization of LiNd(WO4)2 crystal. Crystal Growth & Design, 6(2006)2271-227427 Roles of Doping Ions in Persistent Luminescence of SrAl2O4:Eu2+, RE3+ Phosphors. Journal of Material Science, accepted（SCI

34、源刊）28相组成对xSrOyAl2O3Eu2+,Dy3+发光性能的影响. 稀有金属材料与工程, 已录用（SCI源刊）29 Roles of Crystal Defects in Persistent Luminescence of Eu2+, Dy3+ Co-doped Strontium Aluminate based Phosphors. Rare Metals, accepted （SCI源刊）30 Alumina Encapsulated SrAl2O4:Eu2+, RE3+ Phosphors. Powder Technology, in review （SCI源刊）项目组主要成员近

35、期申请的相关专利： 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面二氧化硅致密膜层包覆方法（ 申请号：200610079808.4） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面氧化铝致密膜层包覆方法（ 申请号：200610079808.4） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉表面有机膜层包覆方法（ 申请号：200610079808.4） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉超细粉体制备方法共沉淀/微波法（ 申请号：200610079808.4） 一种碱土铝酸盐长余辉发光粉超细粉体制备方法溶胶-凝胶/微波法（申请号：200610079808.4） 一种Y*(Al,Ga)*O*稀土荧光粉(申请号：200510079808.4) 一种制备稀土荧

36、光粉的方法(申请号：200510080233.8) 一种制备稀土激活的铝酸锶长余辉荧光粉的方法(申请号：200510085502.X) 掺钕钨酸澜锂激光晶体及其制备方法（申请号：200410030569.9） 掺钕钼酸钆锂激光晶体及其制备和用途（申请号：200510063992.3） 自激活钨酸钕锂激光晶体及其制备和用途（申请号：200510036993.8） 掺钕钼酸澜锂激光晶体及其制备和用途（申请号：200510090437.X）项目组主要成员近期参与的相关研究课题： 碱土铝酸盐长余辉发光材料的超细粉体制备、构效关系及其表面改性与应用研究 (横向课题) 反应型稀土Sm、Eu配合物光能转换材

37、料的制备及其构效关系的研究 (湖南省自然科学基金项目02JJ 2020) 镓酸锌的制备、表征及发光性能研究 (横向课题) 新型FED彩色荧光粉研究(国家自然科学基金(创新研究群体)资助项目) 日光转换玻璃的合成和转光效率的调控 (国家自然科学基金资助项目20071011) 2、工作条件申请人所在的“材料研究所”建有材料制备实验室、材料烧结实验室和材料测试实验室，具有四台程控箱式高温电阻炉、两台管式高温电阻炉、两台真空管式高温炉以及一台实验室用球磨机等设备，完全能够满足长余辉发光材料的制备合成设备需求；具有一台F-2500荧光分光光度计、一台亮度计、一台力度分析仪、一台比表面分析仪、一台紫外分析

38、仪和一台紫外可见光分光光度计，能满足长余辉发光性能检测需求；目前还计划购买X-ray衍射分析仪、差热热重分析仪。因此，完全具备开展研究工作所需的硬件设备条件。二、项目实施方案（一）项目达到的目标及考核的主要技术经济指标（含知识产权、技术标准） 1项目目标开发出一种以硅酸盐为基质材料的新型红色长余辉蓄光材料。该类材料不仅要能发出红色光，而且还要具备发光亮度高、余辉时间长、化学性质稳定、成本较低等特点。 2考核的主要技术及性能指标 技术指标 发光颜色：红色（主发射波长范围：580680 nm）； 初始余辉亮度： 40 mcd/m2 余辉时间： 200 min以上； 粉体粒径： 70 mm 耐水性：

39、50，720h水中浸泡后，不水解，初始亮度和余辉时间不低于原来的85（参考国家标准GB/T 5211.5-1985）。紫外辐照稳定性：240h，初始亮度和余辉时间不低于原来的85（参考国家标准GB/T 1710-1979）。 知识产权发表23篇高质量的学术论文，其中被SCI、EI收录2篇以上；申报1-2项国家发明专利，使最终成果成为具有我国自主知识产权的新产品。3主要经济指标 项目顺利完成，研制的新产品将取代市场现有的红色蓄光材料，显示出很高的经济价值。以建一条年产50吨粉体的生产线为例，将能实现如下经济指标：年产量：约50吨；年产值：4000万元（单价：800元/kg；目前硫氧化物无红色粉市

40、场价：1000 1200元/kg）；利润：1200万元；税收：600万元创汇：1600万元（二）项目的主要研究（开发）内容本项目拟在二元硅酸盐体系和三元硅酸盐体系中，从Mn2+与稀土共掺杂离子之间的持续能量传递、持续能量传递所致余辉机理、硅酸盐红色长余辉发光粉的配方设计等几个方面，对持续能量传递现象、规律及其应用进行系统深入地研究，其研究内容主要包括如下几个方面：二元硅酸盐体系中Mn2+与共掺杂稀土离子的持续能量传递研究研究二元硅酸盐体系中Mn2+与共掺杂稀土离子间的持续能量传递现象、规律及其特征或特点。通过XRD、PL、TSL以及余辉衰减等性能测试与表征，研究共掺杂离子间的持续能量传递与基质

41、组成结构、掺杂离子种类与浓度等因数的关系，为最终合成二元硅酸盐红色蓄光材料提供基础试验数据的技术支持。三元硅酸盐体系中Mn2+与共掺杂稀土离子的持续能量传递研究研究三元硅酸盐体系中Mn2+与共掺杂稀土离子间的持续能量传递现象、规律及其特征或特点。通过XRD、PL、TSL以及余辉衰减等性能测试与表征，研究共掺杂离子间的持续能量传递与基质组成结构、掺杂离子种类与浓度等因数的关系，为最终合成三元硅酸盐红色蓄光材料提供基础试验数据的技术支持。持续能量传递型余辉机理研究研究硅酸盐体系中Mn2+与主要的共掺杂稀土离子（如Eu2+、Ce3+等）之间的持续能量传递现象与规律，及其影响因素(如掺杂离子种类与浓度

42、、基质组成结构、晶格缺陷等对持续能量传递的影响)。通过构效关系研究以及XRD、PL、TSL、余辉衰减等相关的材料结构与发光性能的表征与分析手段，探究影响发光粉长余辉发光性能的关键因素，结合缺陷化学和固体能带理论相关知识，提出合理的余辉机理模型。硅酸盐红色长余辉发光材料的制备工艺与配方优化在前面研究的基础上，通过XRD、TG-DTA等材料分析手段，采用对比实验、正交实验等实验方法，分别研究持续能量传递型二元硅酸盐（主要是正硅酸盐）和三元硅酸盐（主要是焦硅酸盐）红色蓄光材料的制备工艺参数和配方组成对长余辉发光性能的影响，最终获得优化的制备工艺与配方。（三）试验（开发）规模及地点本项目组建78人研发

43、团队，研发工作主要在江西财经大学电子学院材料研究所的材料制备实验室、材料烧结实验室、材料分析实验室中进行。项目拟在实验室建成一条小试生产线，完成实验室小试。（四）主要技术关键及创新点1主要技术关键掺杂离子的筛选：共掺杂离子之间在满足什么样的条件下才能发生持续能量传递现象？基质材料组成结构与持续能量传递现象的关系：掺杂离子在具有何种组成结构的基质材料中才能通过持续能量传递现象实现红色长余辉发光？ 在基质材料和掺杂离子确定的情况下，如何通过控制辅助掺杂离子种类与浓度、基质组成结构、晶格缺陷等改善粉体的红色长余辉发光特性？2主要创新点本项目研究的是以正硅酸盐或焦硅酸盐为基质材料的红色长余辉蓄光体系，

44、不同于传统的硫化物或硫氧化物红色长余辉发光材料。本项目红色长余辉发光是通过共掺杂离子间的持续能量传递来实现，不同于传统的单一红色发光中心。本项目提出以硅酸盐基质材料，将显著改善传统硫化物或硫氧化物红色长余辉发光材料耐水、耐热性差的缺点，同时还显著降低原材料成本。（五）实施方案技术路线：具体的技术路线与研究思路如下图1所示：样品合成结构表征与性能分析建立构效关系模式持续发光能量传递规律与特征理论分析与计算持续发光能量传递所致的余辉机理模型目标长余辉红色发光粉配方图1 项目技术路线图首先通过初步理论分析与计算，确定基质材料的基本组成与配方，选定部分掺杂的稀土离子的种类与掺杂量。采用传统高温固相法合

45、成碱土硅酸盐发光体系, 同过XRD与DT-TGA等分析表征手段，确定基本烧结工艺条件。 通过材料组成结构分析（XRD）、激发与发射光谱(ex、em)测试、余辉衰减测试等手段, 对不同样品的结构与性能进行测试与分析表征。在结构表征与性能分析的基础上，通过改变离子掺杂状态（如种类与浓度等）、基质组成结构等因素，分析材料组成结构与发光性能的关系，从而建立一种构效关系模式。在构效关系模式的基础上，研究主掺杂离子浓度、辅助掺杂离子种类与浓度、基质材料组成结构（相组成与缺陷浓度等）对持续发光能量传递的影响，从而探究持续能量传递现象的规律与特征。在构效关系模式的基础上，通过热释光谱分析、紫外可见吸收光谱分析

46、与光电导测试等手段，计算出材料晶格中的陷阱深度与密度，确定各掺杂离子与晶格缺陷在长余辉发光中的作用，建立余辉机理模型。在前面理论研究的基础上，通过配方设计与优化，合成新的硅酸盐长余辉发光体。 2. 工艺流程 产品制备采用高温固相法，其工艺流程如图2所示：混料（按比例）高温烧结（弱还原气氛，1200以3小时冷却紫外灯下选料粉碎过筛发光材料 图2 制备工艺流程图3技术关键解决方案掺杂离子的筛选：通过EM、EX以及余辉衰减测试，研究不同离子掺杂状态（如分别或共同掺入Mn2+、Eu2+、Dy3+、Ce3+等稀土或过渡金属离子等因素）与光致发光性能（PL）与余辉衰减特性的关系。基质材料组成结构与持续能量传递现象的关系：主要通过XRD分析研究基质相组成结构；通过EM、EX以及余辉衰减测试，研究不同组成结构与光致发光性能