在各类能量转换材料中,以稀土离子为中心的转换发光具有独特的形成机制和应用领域,引起了人们的广泛关注。稀土的发光是基于4f电子在其4f层内或与5d层之间的跃迁,其可以观测到的光谱多达3万多条,它的发射范围包括了从紫外、可见到红外的各种波长的电磁辐射。稀土离子特殊电子能级结构和4f电子屏蔽效应,使得稀土成为巨大的发光资源宝库。由于能源危机、自然资源短缺、环境污染等问题的加剧演变,以及纳米时代的来临,我们对稀土能量转换发光材料的研究从日常节能型照明固态材料的开发转向能源、生物等相关领域的应用研究。本论文合成出不同体系的稀土能量转换材料,并对其进行表征和发光特性研究,主要研究内容如下:第一章,概述了稀土能量转换发光材料的种类、特征和应用情况,并对稀土离子的能级结构、跃迁规则、晶体场的影响、能量传递等基本物理图像做了简单的回顾,论述了课题的研究背景意义以及研究内容。第二章,介绍了制备稀土能量转换发光材料的方法和对样品进行表征的手段。第三章,研究了稀土离子间能量传递的下转换发光与光谱调控,制备成功了三种下转换体系的材料。第一,利用高温固相法制备了Pr3+,Yb3+共掺的Li2Te O4发光粉体。常温下的激发谱、发射谱以及衰减曲线给出了Pr3+-Yb3+之间存在能量传递的证据。红外光谱测量证明了Pr3+-Yb3+体系能量传递可能存在两种机理:3P0(Pr3+)→2F5/2(Yb3+)+2F5/2(Yb3+)和3P0(Pr3+)+2F7/2(Yb3+)→1G4(Pr3+)+2F5/2(Yb3+)。Pr3+离子3P0能级到Yb3+离子的能量传递具有很高的效率,1.8 mol%Yb3+掺杂时效率高达66.4%。第二,利用水热合成法制备了Ho3+,Yb3+共掺的Na Y(Mo O4)2微晶。样品的形貌为微米花状结构,尺寸分布比较均匀。通过研究激发和发射光谱、可见和红外发光的浓度依赖关系,证实了该材料中存在下转换能量传递过程。同时我们通过分析光谱数据研究了能量传递的机理,发现Ho3+到Yb3+的能量传递通过两次连续的交叉弛豫能量传递实现。第三,利用水热合成法制备了Er3+、Sm3+共掺的Ba Gd F5纳米晶体。样品的形貌为球形,尺寸分布均匀,直径大约在30-40 nm。结果表明:在382 nm紫外光激发下,Ba Gd F5样品显示出典型的Er3+离子4S3/2→4I15/2绿色光发射带和Sm3+离子橙红色光和红色光发射带,这是因为Er3+和Sm3+离子之间存在着有效的能量传递,Er3+离子的4S3/2能级的能量可以传递到Sm3+离子的4G5/2能级,这一点也可以通过荧光光谱和荧光衰减曲线来验证。第四章,研究了稀土离子间能量传递的上转换发光与光子协同增强效应。稀土离子的能量传递上转换发光具有广阔的应用前景,作为近期研究最热门应用领域之一的太阳能电池涌现出了许多具有代表性的工作。它们的共通之处正是反映了上转换发光走向高效发光的趋势。我们课题组提出了一种光子协同增强效应的新概念,即同时把较高频率和较低频率的光转化为适当的中频光,这是一种实现选择性发光增强的新思路。本章中利用水热合成法制备了不同形貌的β-Na Lu F4:Er3+微晶。在1540 nm红外光激发下,β-Na Lu F4:Er3+微晶能够发出强的659 nm红光,上转换发光强度与Er3+的浓度紧密相关。在1540 nm和416 nm双模共激发下,在Er3+掺杂的六棱柱状的β-Na Lu F4微晶中实现了蓝紫光和红外光的协同效应,获得了最大为7.9%的659 nm红光的绝对增强。通过分析光子数的变化,证明了光子协同增强效应的存在。第五章,研究了稀土离子的合理掺杂对荧光粉的晶体结构、发光性能与能量传递机制的影响。本章中采用高温固相法制备了Mg2Y8(Si O4)6O2:Tm3+,M3+,Eu3+(M=Tb,Dy)系列样品,研究了其在LED应用波长下(>350 nm)的发光性能。该荧光粉单掺Eu、Tb、Dy、Tm时均能被近紫外光激发,分别得到对应稀土离子的特征谱线,发射出红、绿、蓝三个波段的谱带。当选取三种稀土离子Tm/Tb/Eu或Tm/Dy/Eu共同掺杂时,在357 nm光源的激发下,发射强发射纯正白光,最佳样品色坐标为(0.331,0.337),从而在单一基质中实现白光发射。第六章,对本文研究工作进行了总结及展望。