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发光材料的应用领域涵盖了照明、显示、医疗、交通等各个方面，与人类的日常生活息息相关。不同的发光材料拥有不同的发光机理和发光特性，对应着各自的优势应用领域。因此，深刻理解材料的发光机理和发光特性，有利于找到其具有特别竞争力的应用领域。当材料具有强的电子-声子耦合效应时，光激发很容易引起晶格畸变，从而捕获光生电荷，形成高度限域的自限域激子(STE)。相比于自由激子发光，目前对于STE发光的机理研究、性质调控及应用探索都处于起步阶段，亟待深入研究。本课题以Cs2AgInCl6为研究对象，率先将STE概念引入到全无机双钙钛矿体系中，深刻理解了其STE发光机理，通过电子维度调控和缺陷抑制获得了高效的STE发光材料，并利用其宽光谱和弱自吸收的发光特性分别展示了其在白光荧光粉和闪烁体方面的应用优势，为STE发光材料的应用指明了方向。主要内容如下：
1)Cs2AgInCl6基本性质研究。单晶是研究材料基本物性的最好载体。本文通过优化水热法生长工艺制备出厘米级别、体缺陷态密度低[(8.6±1.9)×108cm-3]、绝对透过率高(75%)、结晶性好的[XRD(222)峰半峰宽<180arcsec]的Cs2AgInCl6单晶，并对其稳定性、介电常数、迁移率、缺陷态密度和光电响应等材料和光电性质进行了深入的表征，揭示了其良好的传输性能以及相对较高的电子维度，为深刻理解Cs2AgInCl6发光特性奠定了基础。
2)Cs2AgInCl6中STE发光机理研究。在获得Cs2AgInCl6单晶的基础上，本文通过单晶结构解析和拉曼光谱发现了基态中Ag-Cl键具有相对大的形变以及拉曼活性，易在激发态下捕获电子或空穴并产生形变，进而形成STE。进一步的实验表征和合作者鄢炎发教授的理论计算显示，由于其强的电子-声子耦合强度，Cs2AgInCl6被激发后，其中的Ag+捕获了重空穴形成了Ag2+，诱导[AgCl6]八面体产生JahnTeller畸变，随后捕获电子形成STE，STE进一步辐射复合发射宽光谱白光。这个过程中产生了两个能量损失，即自限域激子能Est和晶格重组能Ed，导致了大的斯托克斯位移；同时强电子-声子耦合导致了荧光光谱的宽化。理论计算进一步揭示Cs2AgInCl6中STE形成时间约为238fs，且激子中的电子与空穴波函数半径存在显著差异。发光机理的理解为后续STE发光调控指明了方向。
3)Cs2AgInCl6发光效率优化与白光照明应用。受限于其跃迁禁阻效应和相对高的电子维度，Cs2AgInCl6的STE发光荧光产率很低(<0.1%),不具备应用价值。基于前期发光机理的理解，本文针对性地提出了Na合金化和痕量Bi掺杂，通过水热法制备出了高荧光产率(86±5%)的单基质白光荧光粉Cs2Ag0.60Na0.40InCl6:Bi3+。荧光产率提升的关键原因是：i)Na与Ag在Cs2AgInCl6中形成完全合金相，打破了对称性从而消除了宇称对称引起的跃迁禁阻；由此引入的[NaCl6]八面体不贡献价导带，降低了体系的电子维度同时增加了STE的跃迁偶极矩强度，两种因素共同增强了辐射复合速率；ii)痕量Bi掺杂进一步抑制了Cs2AgInCl6的晶格缺陷，降低了非辐射复合速率。最后，本文将优化的Cs2Ag0.60Na0.40InCl6:Bi3+的STE发光材料与紫外LED结合，获得了具有良好稳定性的单基质暖白光，展示了其在绿色白光照明方面的应用潜力。
4)Cs2AgIn1-xBixCl6性质研究与闪烁体应用。基于STE发光自吸收弱的特点，本文继续探索了其另一优势应用，即X射线闪烁体。通过重元素Bi合金化的手段，本文显著增强了Cs2AgInCl6的X射线闪烁性能：i)Bi与In在Cs2AgInCl6中形成完全合金相，打破了跃迁禁阻效应，且适量Bi元素有助于增强激子限域，两种因素共同增强了辐射复合速率；ii)由于X射线的吸收系数α与原子序数Zeff的四次方成正比，Bi的引入增强了Cs2AgInCl6对X射线的吸收能力。最后，优化后的Cs2AgIn0.70Bi0.30Cl6在X射线剂量从300nGys-1到16.7μGys-1展现出良好的线性响应性能，同时光产额与现有商用产品LYSO(Lu1.8Y0.2SiO5:Ce3+)相当，最低检测限达到了1.09μGys-1，为X射线的诊断要求(5.5μGys-1)的1/5，初步展示了其在高性能X射线闪烁探测上的应用潜力。
1)Cs2AgInCl6基本性质研究。单晶是研究材料基本物性的最好载体。本文通过优化水热法生长工艺制备出厘米级别、体缺陷态密度低[(8.6±1.9)×108cm-3]、绝对透过率高(75%)、结晶性好的[XRD(222)峰半峰宽<180arcsec]的Cs2AgInCl6单晶，并对其稳定性、介电常数、迁移率、缺陷态密度和光电响应等材料和光电性质进行了深入的表征，揭示了其良好的传输性能以及相对较高的电子维度，为深刻理解Cs2AgInCl6发光特性奠定了基础。
2)Cs2AgInCl6中STE发光机理研究。在获得Cs2AgInCl6单晶的基础上，本文通过单晶结构解析和拉曼光谱发现了基态中Ag-Cl键具有相对大的形变以及拉曼活性，易在激发态下捕获电子或空穴并产生形变，进而形成STE。进一步的实验表征和合作者鄢炎发教授的理论计算显示，由于其强的电子-声子耦合强度，Cs2AgInCl6被激发后，其中的Ag+捕获了重空穴形成了Ag2+，诱导[AgCl6]八面体产生JahnTeller畸变，随后捕获电子形成STE，STE进一步辐射复合发射宽光谱白光。这个过程中产生了两个能量损失，即自限域激子能Est和晶格重组能Ed，导致了大的斯托克斯位移；同时强电子-声子耦合导致了荧光光谱的宽化。理论计算进一步揭示Cs2AgInCl6中STE形成时间约为238fs，且激子中的电子与空穴波函数半径存在显著差异。发光机理的理解为后续STE发光调控指明了方向。
3)Cs2AgInCl6发光效率优化与白光照明应用。受限于其跃迁禁阻效应和相对高的电子维度，Cs2AgInCl6的STE发光荧光产率很低(<0.1%),不具备应用价值。基于前期发光机理的理解，本文针对性地提出了Na合金化和痕量Bi掺杂，通过水热法制备出了高荧光产率(86±5%)的单基质白光荧光粉Cs2Ag0.60Na0.40InCl6:Bi3+。荧光产率提升的关键原因是：i)Na与Ag在Cs2AgInCl6中形成完全合金相，打破了对称性从而消除了宇称对称引起的跃迁禁阻；由此引入的[NaCl6]八面体不贡献价导带，降低了体系的电子维度同时增加了STE的跃迁偶极矩强度，两种因素共同增强了辐射复合速率；ii)痕量Bi掺杂进一步抑制了Cs2AgInCl6的晶格缺陷，降低了非辐射复合速率。最后，本文将优化的Cs2Ag0.60Na0.40InCl6:Bi3+的STE发光材料与紫外LED结合，获得了具有良好稳定性的单基质暖白光，展示了其在绿色白光照明方面的应用潜力。
4)Cs2AgIn1-xBixCl6性质研究与闪烁体应用。基于STE发光自吸收弱的特点，本文继续探索了其另一优势应用，即X射线闪烁体。通过重元素Bi合金化的手段，本文显著增强了Cs2AgInCl6的X射线闪烁性能：i)Bi与In在Cs2AgInCl6中形成完全合金相，打破了跃迁禁阻效应，且适量Bi元素有助于增强激子限域，两种因素共同增强了辐射复合速率；ii)由于X射线的吸收系数α与原子序数Zeff的四次方成正比，Bi的引入增强了Cs2AgInCl6对X射线的吸收能力。最后，优化后的Cs2AgIn0.70Bi0.30Cl6在X射线剂量从300nGys-1到16.7μGys-1展现出良好的线性响应性能，同时光产额与现有商用产品LYSO(Lu1.8Y0.2SiO5:Ce3+)相当，最低检测限达到了1.09μGys-1，为X射线的诊断要求(5.5μGys-1)的1/5，初步展示了其在高性能X射线闪烁探测上的应用潜力。