矿物发光材料研究的若干进展.pdf

增刊 矿 物 学 报 9 基金项目基金项目国家自然科学基金（批准号41172053；51072146） 作者简介作者简介廖立兵，男，1963 年生，博士，教授，研究方向矿物材料. E-maillbliao 矿物发光材料研究的若干进展矿物发光材料研究的若干进展 廖立兵，夏志国 （中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，北京 100083） 矿物材料功能化是我国乃至世界的一个研究 热点。矿物发光材料的基础研究与应用探索一方 面可以反映矿物的成分、结构特征，获得成因矿 物学信息，另一方面可促进科研工作者进一步认 识发光矿物，并采用人工模拟的方式研发新型发 光材料Gaft 等，2005。 一般来说，矿物发光材料可分为 2 类①天 然矿物发光材料；②具有天然矿物结构的人工合 成发光材料。第一类矿物发光材料又可进一步分 为 3 种亚类一是具有发光性能的天然矿物；二 是对天然矿物直接掺入激活剂而获得的发光材料； 三是利用矿物原料及其它化学原料合成的发光材 料马尔富宁,1984; 李殿超等， 2001； 于立新， 2000。 第二类具有矿物结构的人工发光材料种类繁多， 在白光 LED w-LEDs、等离子体显示 PDP 和 长余辉荧光粉（LLP）领域已引起了广泛关注，例 如 w-LEDs 用石榴石结构荧光粉 Y3Al5O12Ce3、 磷灰石结构荧光粉 Ca2Gd8SiO46O2Ce3,Mn2、 黄 长石结构荧光粉 Y2Si3O3N4Ce3；PDP 用黄长石 结构荧光粉 GdCaAl3O7RE3RE Eu, Tb以及 LLP 用石榴石结构荧光粉 Y3Sc2Ga3O12Ce3和黄 长石结构荧光粉 Ca2MgSi2O7Eu2,Dy3等 （Ye 等， 2010；Xia 等，2011）。 成分和结构是矿物学研究的两大课题，也是 影响材料发光性质的两大因素。基于此，本课题 组开展了一系列基于天然矿物成分-结构-发光性 能关系的基础研究，指导新型发光材料研发。我 们的工作主要集中在以下3个方面 1 天然发光矿物的成分-结构-发光性能关 系研究我们以天然磷灰石为切入点，通过分析 典型天然磷灰石发光矿物的晶体结构及晶体化学 特征，进一步表征其发光性能，从而探讨其化学 成分-晶体结构-发光性能关系和发光机制， 一方面 提供成因矿物学新信息，另一方面指导研发矿物 发光新材料。 2 以矿物为基体的主-客体复合发光材料研 发在前人开展的以沸石为基体的主-客体体系研 究的基础上，我们主要以层状结构蒙脱石矿物为 切入点，尝试直接将稀土发光离子、金属配合物 及稀土有机配合物组装到蒙脱石的层间，制备新 型矿物基主-客体复合发光材料。由于矿物结构的 保护作用与特殊的空间约限作用，此类矿物基主- 客体复合发光材料表现出传统材料所不具备的优 异光学性能。除此之外，我们还将从蒙脱石扩展 到其他矿物体系，比如不同成分、结构的沸石、 水滑石等。 3 具有矿物结构的新型发光材料研发和发 光性能调控研究本课题组近年来尝试从矿物晶 体化学研究入手研发新型荧光材料，探讨通过调 控矿物的成分、结构，从而调控其发光性能的规 律和方法。例如，我们以对称性较高而化学组分 相对复杂的石榴石、磷灰石和黄长石结构化合物 为基质，通过阴、阳离子类质同像替代，调控基 质晶体的成分和结构，达到调控其稀土掺杂发光 性能的目的。 10 矿 物 学 报 2012 年 参参 考考 文文 献献 Gaft M, Renata R, Gerard P. Modern Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials. Berlin; Heidelberg Springer-Verlag, 2005. Xia Z, Wang X, Wang Y, Liao L, Jing X. Synthesis, Structure, and Thermally Stable Luminescence of Eu2-Doped Ba2LnBO32Cl Ln Y, Gd and Lu Host Compounds. Inorg. Chem, 2011, 50 10134. Ye S, Xiao F, Pan Y X, et al. Phosphors in phosphor-converted white light-emitting diodes Recent advances in materials, techniques and properties. Mater Sci Eng R, 2010, 71 1. 李殿超，吴长锋，于立新，曹林. 矿物发光材料 CaSMn2的合成及其荧光性质. 矿物学报，2001, 21 209. 马尔富宁 A C. 矿物的谱学、发光和辐射中心. 蔡秀成译. 北京 科学出版社, 1984. 于立新，曹林，张东丽. 天然矿物发光性能研究现状. 世界地质，2000, 19 342.