稀土掺杂闪烁微晶玻璃及玻璃光纤的研究

发布时间：2020-03-28 20:34

【摘要】：闪烁体是一种能量转换发光材料,在X射线、γ射线以及高能粒子等的辐照下能够发出紫外光或可见光,连接光电器件与设备可实现对各种高能射线及高能粒子的探测。目前,无机闪烁体在辐射探测领域的基础研究和应用中发挥着重要的作用,被广泛应用于高能物理实验、核医学成像、工业无损检测、安全检查、环境监测与勘探以及天文观测等。与闪烁单晶相比,稀土离子掺杂闪烁玻璃有高掺杂浓度、大体积、易成型、可光纤化等优势,但其在密度、光产额等方面还需要进一步提高。本论文以Ce~(3+)、Eu~(2+)、Tb~(3+)等稀土离子掺杂铝硅酸盐氟氧玻璃或磷酸盐玻璃为研究对象,系统研究了稀土离子掺杂种类及浓度、玻璃基质种类对闪烁玻璃材料发光性能的影响。通过组分调节和工艺处理,解决了高浓度Ce~(3+)掺杂产生的着色问题,并制备了Tb~(3+)掺杂的用于X射线探测的高效率磷酸盐闪烁玻璃光纤。主要研究结果如下:1.采用高温熔融淬冷法制备了高浓度Ce~(3+)掺杂氟氧化物微晶玻璃,通过热处理得到CeF_3微晶,提高了Ce~(3+)掺杂浓度,增强了发光效率;同时,利用F离子的引入以及Ce离子周围化学环境的变化,有效降低了高浓度Ce离子掺杂引起的着色导致的自吸收问题,进而提高了微晶玻璃的闪烁发光性能。2.采用高温熔融淬冷法制备了Eu离子掺杂BaF_2微晶玻璃,发现随着热处理的温度升高,玻璃的紫外激发发光由红紫光逐渐变成蓝光,三价Eu发光减弱,二价Eu发光增强。通过X射线衍射图谱,XPS价态测试分析得到:F~-的引入制造了还原气氛,同时Eu~(3+)不等价取代Ba~(2+),还原为Eu~(2+),进入BaF_2微晶,有效提高了闪烁发光效率。3.成功制备了不同浓度Ce~(3+)、Tb~(3+)掺杂的磷酸盐闪烁玻璃,并得到最佳发光效率的浓度;同时玻璃基质中引入重金属离子Lu离子和La离子,提高闪烁玻璃密度;并采用还原气氛二次熔制法有效降低了高浓度Ce掺杂引起的着色所导致的自吸收问题,提高了闪烁玻璃的X射线激发发光效率。同时,选择最优发光效率的组分玻璃,拉制了闪烁玻璃光纤,在X射线激发下,测得明显的闪烁发光信号,有较优异的闪烁发光性能。
【图文】：

拉曼,样品,图谱

华南理工大学硕士学位论文部 CeF3微晶相的形成，其中，GC800 样的结晶度计算达到了 69.1%。图 3-1 (b) 展示了PG 和不同温度热处理下的 GCs 样品的拉曼图谱，可以看到，PG 样的拉曼图谱与其他氟氧化物玻璃类似，在 320 和 380 cm-1处有馒头峰，据此可判断其非晶相的内部结构；而不同温度热处理的 GCs 样拉曼图谱中有尖锐的特征峰，为 CeF3晶体相 488 cm-1处伸缩振动峰，同时，，随着热处理温度的升高，拉曼峰的强度逐渐增加，说明结晶度的提高。

低分辨,透射光谱,TEM表征,样品

3-2 PG 和 GC 样品的 TEM 表征 (a) GC680 的低分辨透射光谱。 (b) GC680 的高分透射光谱Figure 3-2 TEM characterizations of glass and GC samples. (a) Low-resolution TEM imagof the GC680 sample (b) high-resolution TEM images of the GC680 sample3.3.2 玻璃着色研究从样品看，我们可以注意到，玻璃样品在热处理微晶化后颜色发生了改变。如图 3示，PG 样品呈现黄色，而 GCs 样品呈现淡黄色，甚至无色，这说明样品的颜色与理的温度极为相关。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ171.733;TN253

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