长余辉发光材料（Long Persistent Phosphors,LPPs）是一类能有效吸收激发光（如太阳光）能量、并在激发停止后较长时间内仍然持续发光的新型节能和储能材料,在弱光照明、应急指示、建筑装饰、光电元件、生物成像、临床医学和能源与环境工程等领域有广泛应用前景。在传统陶瓷领域,LPPs可赋予建筑陶瓷和日用陶瓷以夜光特色,从而做成内墙艺术瓷砖、夜间照明墙地砖、夜光/应急标识瓷砖和夜光日用瓷/玻璃器皿等多种新型功能性产品,市场潜力巨大。目前针对绿、蓝、黄等LPPs已有较多报道,其制备技术及工艺也日趋成熟,但作为吉祥、喜庆象征的红色LPPs研究则一直进展缓慢,余辉亮度低、时间短、稳定性差,无法达到实用要求,探索高性能、高稳定红色LPPs的先进制备技术及发光机理是当今研究的热点课题,具有重要的科学意义和广阔的应用前景。本文针对红色长余辉发光材料在建筑/日用陶瓷中的应用展开一系列基础研究,选择镨掺杂钛酸盐（CaTiO₃:Pr）以及稀土掺杂锡酸盐（MSnO₃,M=Sr、Ca）为研究对象,系统考察了制备工艺中相关参数（如混料方式、煅烧温度微波动、煅烧气氛和保温时间）对所得长余辉发光材料结晶特性、微观化学组分、晶体形貌、发光性能的影响规律,探讨了相关发光机制,在获得了若干重要基础数据的基础上,提出了基于含硫煤粉制备碱土金属锡酸盐基复合氧/硫化物LPPs的新方法,其发光特性和化学稳定性明显优于传统碱土金属锡酸盐及硫化物基质LPPs。进一步开展了正硅酸盐基质绿光LPPs的双稀土离子掺杂和红色钛酸钙LPPs在纳米多孔氧化钛光电厚膜中应用的研究探索。取得以下主要结果:1.采用“湿法共混-高温固相反应法”在空气气氛1180-1220℃/2-4h下制备了钙钛矿型CaTiO₃:Pr³⁺红色长余辉发光材料,系统研究了混料方式、Pr元素掺杂浓度、煅烧温度和保温时间等条件对其物相组成、显微结构及发光性能的影响。结果表明:与干法混合方式相比,湿法共混的原料研磨粒度更细、分散更均匀、活化度更高,使得CaTiO₃:Pr³⁺晶体发育更完整,合成温度降低50℃、时间缩短1h。制备的CaTiO₃:Pr³⁺在612nm处有Pr³⁺的1D2→3H4特征红色发射,CIE位坐标为:x=0.679,y=0.321,非常接近NTSC标准红色位坐标（x=0.67,y=0.33）。通过热释光谱计算不同Pr³⁺掺杂浓度下体系的陷阱深度,发现Ca0.9970TiO₃:0.30%Pr³⁺（掺杂浓度为摩尔百分数,下同）的陷阱深度1.48eV,发光衰减行为遵循方程I（t）=I₀exp（-t/39.09）,观察到余辉时间最长可达30min,优于传统固相法（约20min）、sol-gel法（约10min）和聚合物前驱体法（20s）所得的同组分粉体。2.采用“湿法共混-高温固相反应法”在由煤粉提供的弱还原气氛中制备了Eu离子掺杂碱土金属锡酸盐-硫化物复合长余辉发光材料（简称:Sr₂SnO₃S、Ca2SnO₃S）,提出了在由含硫煤粉产生的弱还原气氛下制备复合氧/硫化物LPPs的新途径,系统研究了所得复合氧/硫化物长余辉发光材料的晶体结构、微观结构及发光性能。所得Sr₂SnO₃S:Eu产物中包含SrSnO₃和SrS两种主晶相,当铕离子掺杂浓度为0.28%时,两种晶相均衡生长,层状或片状微观结构发育良好;Ca2SnO₃S:Eu产物中包含CaSnO₃和CaS两种主晶相,当铕离子掺杂浓度为0.06%时,两种晶相均衡生长,层状或片状微观结构发育良好。Eu离子掺杂在Sr₂SnO₃S和Ca2SnO₃S复合基质体系中均可被可见光有效激发。Sr₂SnO₃S:Eu的发射峰波长在608nm附近,Ca2SnO₃S:Eu的发射峰波长在640nm附近。其中,Sr1.9972SnO₃S:0.28%Eu与Ca1.9994SnO₃S:0.06%Eu的CIE位坐标分别为:x=0.661,y=0.339和x=0.721,y=0.279。两种复合发光体系表现出类似的余辉衰减行为,其初始余辉强度分别为160mcd/m2和400mcd/m2,余辉时间分别为24min和48min。在环境适应性方面,Ca1.9994SnO₃S:0.06%Eu潮解增重为Ca0.9994S:0.06%Eu的59%,Sr1.9972SnO₃S:0.28%Eu潮解增重为Sr0.9972S:0.28%Eu的8.77%,表明两种复合基质发光材料的潮解稳定性分别优于相应的硫化物基质。3.采用“湿法共混-低温预烧-高温固相反应法”,在H2气氛中制备了Sr_2-xCa_xSiO₄:Eu2+,Dy³⁺（0≤x<2）绿色长余辉发光材料,系统研究了材料组分与其长余辉发光性能之间的关联,发现:当以Ca取代Sr时,所得Sr_2-xCa_xSiO₄:Eu2+,Dy³⁺（0≤x<2）粉体具有斜方晶系结构,且随着Ca2+浓度的增加,衍射峰位向高角方向偏移。单掺Eu2+时,Sr_2-xCa_xSiO₄没有余辉;当Eu2+和Dy³⁺共掺时,Dy³⁺离子呈现对于Eu2+离子明显的激活作用,Sr_2-xCa_xSiO₄有肉眼可见余辉,发光峰位于535nm处（激发波长380nm）。Dy³⁺离子的最佳掺杂浓度为4%。4.将CaTiO₃:Pr³⁺陶瓷粉体与水热TiO₂纳米晶复合,采用“刮涂”法在FTO（FluorinedopedTinOxide）透明导电基底上制备了TiO₂-CaTiO₃:Pr³⁺复合厚膜,系统研究了膜层微观结构、光学透过率、光致发光特性及长余辉性能之间的关系。在纳米多孔氧化钛厚膜体系中引入CaTiO₃:Pr³⁺微米/亚微米颗粒后复合膜的结晶特征和表面整体形貌无明显变化。复合膜的光学透过率随着CaTiO₃/TiO₂质量比和Pr³⁺掺杂浓度的增加而降低。所有复合膜在332-335nm光激发下均表现出在613nm处的强发射行为,组分为Ca0.9970TiO₃:0.30%Pr³⁺的膜层表现出最强的发光特性。复合膜对288-369nm波段的紫外光激发均有光响应且表现出良好的长余辉特性,在613nm处余辉时间最长达30min。