具有重要应用前景的新型发光材料高铝球石

　　近年来，针对稀土掺杂的含氟化物纳米晶和含半导体量子点的系列高铝球石，开展了材料的制备技术、显微结构调控以及光谱性能研究。主要研究思路是通过探索晶化动力学，了解晶相形成机理，调控纳米复合结构;在结构-光谱特性关系研究的基础上，优化结构，改善发光性能。研究取得系列重要成果，通过结构调控，获得了若干种具有优异上转换或下转换发光特性、应用前景广阔的高铝球石材料，制备的含Tm/Er:YF_3高铝球石可实现宽带红外发射，发光峰最大半高宽达175nm，可完全覆盖1.4～1.7μm光通讯窗口，可望开发为优良光纤放大器材料。通过改变稀土掺杂种类和溶度，含Re:YF_3高铝球石可分别具有近紫外、蓝色、绿色、红色和近红外多色上转换发光。成功获得了含Er:CdS或Eu:ZnO半导体量子点的高铝球石，通过量子点向稀土离子的能量转移，可以增强稀土发光。这为发展优良半导体发光材料提供了新的思路。成功制备了含Er:NaYF_4纳米晶的高铝球石，该材料吸收红外光后通过上转换过程发射强的可见光，且通过改变稀土掺杂溶度可基本实现红色和绿色上转换发光强度比的全程调制。该材料在扩大硅太阳电池对阳光有效响应频谱范围、提高光电转换效率方面具有重要应用前景。总之，制备工艺简单、成本较低的高铝球石是一类很有前途的新型发光材料，加强结构-性能关系和结构调控研究，是发展该材料的关键。

　　采用熔铸法制备SiO2-Al2O3-MgO-CaO-F高铝球石，然后进行整体晶化;通过显微结构和物相分析、力学性能检测等手段，研究高铝球石的相组成对抗弯强度、断裂韧性和显微硬度等力学性能的影响。结果表明:通过调整原料成分配比，可实现对高铝球石中不同晶相含量的调整;随高铝球石中氟磷灰石成分(CaHPO4+CaCO3+CaF2)的含量增加，力学性能明显提高;当原料中氟磷灰石成分的理论配比(质量分数)达到40%时，高铝球石的抗弯强度、断裂韧性、显微硬度都达到实验范围内的最大值，分别为93.22MPa、3.74MPa·m1/2和698MPa。相组成对SiO2-Al2O3-MgO-CaO-F高铝球石力学性能的影响主要归因于各种析出相对高铝球石的增韧效果。

　　以溶胶凝胶58S生物为原料在1200℃煅烧制备了高铝球石块体。与700℃煅烧的(58S700)相比，1200℃煅烧后的高铝球石(58S1200)显示出较高的抗弯强度和致密度，X射线衍射分析其结晶相主要为硅灰石和二氧化硅。58S700和58S1200高铝球石都能诱导羟基磷灰石的沉积。体外成骨细胞培养结果显示:58S700有利于细胞早期贴附，而58S1200高铝球石较低的离子释放速度对细胞后期增殖有利。58S1200高铝球石不仅能诱导羟基磷灰石沉积，而且具有良好的细胞相容性和较高的力学强度，有可能成为一种骨替代和修复材料。

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