稀土离子具有多种发光特性，这是因为存在大量的光谱项。对于稀土离子，电子的跃迁发生在轨道之间，其具有色纯度高、荧光寿命长、受周围环境影响较小，且其温度稳定性好，随着温度的变化，其光谱保持不变，强度变化较小。

稀土发光材料的优势在于照明及显示方面，在照明方面，其具有色彩显色性能好、发光亮度高、使用寿命长等特点而被广泛关注。白光发光二极管(light emitting diodes，简写LED)相比较传统的白炽灯和荧光灯来说，具有体积小、能耗低、环保、发热量低、使用寿命长等优点[1]。日本日亚公司在20年前成功生产出了蓝光和紫外LED芯片，并在之后以蓝光LED芯片为基础研究出了白光LED [2]。现在LED发出白光的途径主要是由蓝光LED芯片InGaN和钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce3+，简写YAG:Ce)黄色荧光粉组合，这种方法具有制备工艺简单，发光亮度高，目前已经实现商业化应用[3-4]。

但是，因为发现发射光谱中缺少暖光，致使这种方式得到的白光均为冷白光，因此不能满足某些场合所使用的暖白光照明，也不适合用到一些对显色指数要求高的行业[5-6]。针对这一现象，有些研究人员提出采用近紫外片与三基色荧光粉复合获取白光的方式[7-9]。

对发光材料来说，其主要成分主要有两部分：基质和发光中心[10-12]。常见的发光中心有过渡金属元素，如Mn4+；稀土元素，如Eu3+、Dy3+等，其中稀土元素是比较常见也是研究较多的一类发光中心。

稀土的三价离子具有未充满的4f电子层结构，随着电子序数的增加，新增加的电子不是填充到最外层，而是通过4f轨道逐步填充，稀土离子可以吸收或者发射从紫外光区，可见光区到红外光区的各种波长的电磁辐射，基于稀土离子发光的特点，我们选择Eu3+和Dy3+为激活剂离子[13-14]。

开发新型白光LED发光材料的关键在于基质的选择。石榴石结构化合物是一种人造化合物，没有天然矿物。其化学方程式通式为A3B2(SiO4)3其中A代表二价元素（钙、镁、铁、锰等），B为三价元素（铝、铁、铬等），属于等轴晶系[15-17]。

按照石榴石结构化学式，我们设计了Na2CaTi2Ge3O12:R3+作为研究基质。本论文工作中，采用高温固相法制备了Na2CaTi2Ge3O12:R3+化合物，并研究了稀土离子Eu3+、Dy3+及过渡金属Mn4+掺杂后的发光性能。使用X射线粉末衍射（XRD）确定所合成样品的结构，并且利用Maud软件对结构进行精修[18-20]。采用荧光光谱对所制备样品的发光性能进行了表征。

1 实验部分

1.1 高温固相法制备稀土离子Eu3+、Dy3+及过渡金属Mn4+掺杂的Na2CaTi2Ge3O12:R3+发光材料：

本实验采用高温固相法在不同温度下制备石榴石结构化合物单相。高温固相法的实验操作步骤简单，没有过多复杂程序，容易控制合成条件，可大规模生产且重复率高，是目前工业生产中最常用的方法。其工作原理是：在高温下，通过原子的扩散和反应，形成新的化合物。因此，高温固相法需要的制备步骤通常包括以下几点：反应物经过充分的研磨，使其混合均匀，再经过压片，反应物有了充分的接触，然后在高温条件下，粒子之间通过相互扩散而发生反应[14-15]。