硅酸铋粉体合成、晶体生长及发光性能研究

发布时间：2017-07-20 19:00

  本文关键词：硅酸铋粉体合成、晶体生长及发光性能研究

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【摘要】：闪烁晶体是指高能射线或其他放射性粒子通过某些晶体材料时,因射线或粒子的激发,从而发出可见光子(荧光)的晶体,广泛应用与高能物理、核物理、医学成像以及地理勘探等领域。Bi4Si3O12(BSO)晶体与广泛应用的BGO晶体相比,两者具有相同的晶格结构,性质相似,闪烁性能都来源于Bi3+的发光,BGO的衰减时间比较长(300ns),而BSO是BGO的1/3,并且原料更加便宜,是代替BGO的理想材料。近年来研究发现BSO晶体非常适合作为探头,可以用来探测几百个Mev能量级粒子的小型电磁量能器,BSO的综合性能在双读出领域远优于BGO和钨酸铅(PbWO4)等现有闪烁晶体材料。但由于BSO的原料Bi203和Si02的熔点以及密度等方面差异很大,所以BSO生长困难,容易出现组分偏析。本文以正硅酸四乙酯(Si(C2H5O)4)和硝酸铋(Bi(NO3)3.5H2O)作为前驱体、柠檬酸作为溶剂,按化学计量比配料,采用溶胶凝胶法合成并经高温烧结制备了纯相BSO多晶粉,采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量的BSO透明晶体,晶体加工后是a=b=30mm,c=210mm的长方体,晶体表面无明显裂痕,偏析现象基本消除。在200-800nnm区域范围内,BSO晶体透过率达到理论最大值将近80%。对BSO晶体的光学性能进行了研究,闪烁性能测试表明,该晶体能量分辨率为18.9%,光输出为同等条件下CsI(T1)的7.2%。采用固相烧结法制备[Bi(1-x-y,DyxTmy]4Si3Oi2(x=1%,y=0.1%,0.5%,1%,1.5%,2%)粉体,在354nm的峰值激发样品,荧光发射光谱表明既有Dy3+的黄光发射又有Tm3+的蓝光发射,随着Tm3+的的掺杂浓度增加,Dy3+的发射峰强度先增加后减少,Tm3+浓度为1%时,Dy3+的发射峰强度达到最大值。色坐标(CIE)分析结果显示,当Tm3+浓度为0.5%,1%,1.5%时,样品的发光均落在白光区,这个结果表明Dy3+/Tm3+共掺BSO粉体有望应用在白光LED上。
【关键词】：闪烁晶体 晶体生长 硅酸铋 坩埚下降法
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ135.32;TB383.3;O78
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-10
• 第2章 文献综述10-21
• 2.1 BSO粉体合成进展10-11
• 2.1.1 固相烧结法10
• 2.1.2 溶胶凝胶法10-11
• 2.1.3 水热法11
• 2.1.4 其他方法11
• 2.2 BSO晶体的研究现状11-20
• 2.2.1 BSO晶体基本性能11-12
• 2.2.2 BSO晶体生长现状12-15
• 2.2.3 BSO晶体闪烁性能15-18
• 2.2.4 BSO光谱特性18-20
• 2.3 本课题的研究意义和研究内容20-21
• 第3章 实验部分21-30
• 3.1 粉体合成21-25
• 3.1.1 溶胶凝胶法合成BSO粉体21-24
• 3.1.2 固相烧结法合成Tm~(3+)/Dy~(3+)共掺BSO粉体24-25
• 3.2 晶体生长25-28
• 3.3 性能表征28-30
• 3.3.1 X射线衍射测试28-29
• 3.3.2 透射光谱测试29
• 3.3.3 荧光光谱29
• 3.3.4 闪烁性能测试29-30
• 第4章 结果与讨论30-46
• 4.1 BSO粉体溶胶凝胶法合成与表征30-32
• 4.2 晶体生长及发光性能32-38
• 4.2.1 晶体生长32-33
• 4.2.2 透射光谱33-34
• 4.2.3 激发光谱和发射光谱34-36
• 4.2.4 闪烁性能36-38
• 4.3 Dy~(3+)/Tm~(3+)掺杂BSO粉体的固相合成与性能表征38-46
• 第5章 结论46-47
• 参考文献47-53
• 致谢53-54
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文54

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本文编号：569463