硼酸盐结构丰富多样,具有较宽的透光区域、较高的发光效率和很高的光损伤阈值,作为基质材料被广泛的应用于光学、通讯、医学、陶瓷等领域。目前,稀土硼酸盐发光材料研究主要集中无水稀土硼酸盐发光材料研究。实际研究发现,水合稀土硼酸盐也具有发光性能,而且制备环境温和,可以克服高温条件下材料粒度不均,形貌控制难,易烧结等缺点。碱金属和碱土金属的价态较低,半径较大,离子本身不易水解,现已合成多种水合硼酸盐,若制备出以其作为基质材料,稀土离子作为发光中心的发光材料,对于进一步拓展硼酸盐发光材料的研究体系,促进硼酸盐矿物的价值提升具有重要的现实意义。K2Ca[B405(OH)4]2.8H20(以下简称KCB)作为一种碱-碱土金属复合硼酸盐晶体,应用于非线性光学材料、特种玻璃和润滑油添加剂等领域。一些学者对其制备、溶解情况和非线性光学性能进行研究,但对硼酸钾钙晶体制备过程的动力学研究尚未见报道,特别是掺杂稀土的硼酸钾钙发光材料制备与性能的研究尚属空白。本文采用水溶液法对较大尺寸单晶KCB的制备及性能和结构进行研究;研究了 KCB为基质,掺杂稀土离子Re3+(Ce3+,Nd3+,Sm3+,Eu3+)的系列发光材料的制备;以自制的KCB:Re3+为原料制备稀土硼酸钾钙玻璃,研究了所制备的系列稀土玻璃的发光性能及稳定性。采用X-射线衍射、扫描电镜、能谱分析、元素分析、热分析、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振、激发和发射光谱等测试技术,考察了基质材料制备工艺条件及稀土掺杂等对材料的晶体结构和发光性能的影响,进行了材料的结晶动力学、脱水动力学和玻璃稳定性的研究,论文的主要研究成果如下:1.采用水溶液法进行KCB制备和晶体结构研究,考察体系pH值、总硼浓度、反应温度、降温速率等因素对晶体结构和性能的影响,确定了合适的工艺条件为,反应溶液pH值9.35,总硼浓度2.52mol·L-1,反应温度35℃,降温速率2℃/天。合适的条件下,制备了晶型完整、大小均匀、单晶尺寸约为4mm×2mm×1mm较大尺寸的KCB晶体材料;晶体产率较高,平均77.2%左右。2.对KCB晶体进行20°C结晶动力学研究,KCB晶体制备过程受晶体生长控制,结晶动力学方程为:高浓度区:lndx/dt=-7.68-lnc0-4.57lnc或写成-dc/dt= 4.63×10 3(c-11.32×10-3)5(n ≈ 5)dtdt低浓度区:lndx/dt =-1.09-lnc0-2.22lnc 或写成-dc/dt = 3.37×10-1(c-11.32×1-)2(n≈2)3.采用TG-DTA测试技术,对KCB晶体进行了脱水过程及动力学研究,利用Doyle-Ozawa法和Kissinger法分别计算得到不同峰的表观活化能,得到相关的反应速率方程分别为:第一个峰 da/dt= 1.759×1019e-144240/RT(1-a)1.383第二个峰 da/dt= 6.742×1015e-117610/RT(1-a)0.9704.采用Raman和11BNMR光谱学研究了硼酸钾钙水溶液结构,结果表明硼酸盐过饱和溶液中存在的离子有:B(OH)4-、[B3O3(OH)4]-和[B4O5(OH)4]2-。5.采用水溶液法成功制备了一系列稀土离子掺杂的KCB晶体发光材料KCB:Re3+(Ce3+,Nd3+,Sm3+,Eu3+)。该系列材料属单斜晶系,晶体结构与KCB相同,颗粒大小1mm-4mm,形状较规整。光谱分析显示,掺入稀土离子不同,晶体的发光性能不同。6.将 KCB:Re3+(Ce3+,Nd3+,Sm3+,Eu3+)晶体经过 100℃、500℃和 700℃ 的热处理后进行光谱分析,掺Ce和Nd离子晶体经100°C热处理后的发光效果较好,未加热、500℃和700℃时的发光相对弱一些,掺杂Eu和Sm离子晶体随着温度的升高,发光强度却呈增强趋势。7.以自制的四种KCB:Re3+(Ce3+,Nd3+,Sm3+,Eu3+)硼酸盐发光材料为原料,制备了稀土硼酸盐玻璃。研究发现稀土离子在该玻璃中的发光性能与制备的KCB:Re晶体的光谱分析结果相近。KCB:Sm、KCB:Ce和KCB:Eu玻璃均可以在紫外光激发下,发射红光,实现紫外光转到红光的转换。KCB:Nd玻璃与原料基质相同,能够把红外光转换成可见光,有望作为上转换发光玻璃原料。8.由DSC法得到了稀土玻璃的析晶活化能,明确了稀土玻璃稳定性大小顺序为:第一放热峰(735～750℃):Ce玻璃、Nd玻璃、Sm玻璃、Eu玻璃;第二放热峰(975～1010℃):Eu玻璃、Sm玻璃、Ce玻璃、Nd玻璃。