镝掺杂七铝酸十二钙X射线影像存储荧光粉的制备及其光学特性研究

发布时间：2020-05-31 13:10

【摘要】：近年来,由于数字化静态和动态X射线图像目标检测技术在医学和工业生产等领域的应用,旋涂在其系统成像板上的X射线荧光粉材料越来越引起人们的关注。其中,静态X射线成像质量主要依赖于X射线荧光粉的X射线存储特性,如光激励发光和X射线成像等性能。目前,商用的X射线荧光粉主要是BaFBr:Eu~(2+)等稀土离子掺杂卤化物。虽然该荧光粉光激励发光强度大、灵敏度和转换效率高,但是热稳定性和化学稳定性差,并且在制备过程中易污染环境。而稀土离子掺杂氧化物X射线荧光粉克服了上述缺点,目前的研究主要集中在进一步提高其X射线存储特性。本文制备了C12A7:Dy~(3+)X射线荧光粉,对其发光性能和X射线存储特性进行了研究。本文采用自蔓延燃烧法合成了不同掺杂浓度的C12A7:Dy~(3+)材料,XRD谱表明,在镝掺杂浓度小于或等于0.8%的条件下,掺杂不同浓度镝的C12A7粉末样品均为纯相。由发射光谱还可以观察到,当镝掺杂浓度为0.3%时,样品的蓝光和黄光发射的强度最大。从余辉衰减曲线和光激励发光曲线发现,当镝掺杂浓度为0.3%时,样品的余辉发光和光激励发光最强,即为浓度最优化的初始粉末样品。最优浓度的荧光粉具有微弱的余辉发光和光激励发光。为了增强该样品的发光和光激励强度,选择先前制备的C12A7:0.3%Dy~(3+)粉末在不同气氛下进行热处理。将此粉末在空气中进行1000℃的煅烧除去残余碳作为初始样品。然后分别将初始样品在空气气氛下1300℃热处理2 h,氮气气氛下1300℃热处理2 h。通过对经过不同气氛热处理后的样品进行余辉及808 nm激光激发下的光激励发光测试,发现氮气气氛下,在1300℃热处理2 h后的样品具有较强的余辉发射和光激励发光强度。热释光曲线表明在氮气气氛下1300℃热处理2 h后,样品具有更多的深陷阱,其陷阱深度分别为0.68 eV和0.79 eV。这是由于在氮气气氛下、1300℃热处理C12A7:0.3%Dy~(3+)后,与未热处理样品相比,笼中的OH~-基团减少,笼中的O~(2-)增多,使C12A7中的空笼子的数目增加,即电子陷阱增加。接下来我们研究了氮气气氛下1300℃热处理2 h后样品的X射线存储性能,通过光激励发光曲线和热释曲线发现X-ray照射30分钟后,样品具有很强的光激励发光而且陷阱的深度没有发生变化。最后,我们用氮气气氛热处理后的C12A7:0.3%Dy~(3+)粉末制成的成像板,发现在合适的X射线吸收剂量下(0.54 Gy),可以实现高质量的X射线成像。以上实验结果表明,镝掺杂的七铝酸十二钙X射线荧光粉材料在数字化静态X射线图像目标检测技术中有潜在的应用前景。
【图文】：

框架结构,工作原理,笼子,阴离子基团

图 1.1 CR 技术的工作原理1.2 12CaO·7Al2O3基本性质及本组研究进展1.2.1 12CaO·7Al2O3基本性质研究表明，氧化物具有很好的化学稳定性、很高的机械强度以及较小的激光损伤阈值，七铝酸十二钙(12CaO·7Al2O3，简写为 C12A7)因为具有独特的物理和化学性质而受到众多研究者广泛关注[31]。C12A7 为立方晶体，晶格常数为 11.99 ，熔点达到 1415 ℃[32, 33]。晶格结构如图1.2 所示，晶格的框架结构由十二个带正电荷的密堆积的亚纳米尺寸笼子组成，每个笼子的内部自由空间直径约为 0.4 nm，化学式为[Ca24Al28O64]4+。被笼子内部束缚的自由氧离子 O2-随机占据十二个笼子中的两个，剩余的笼子均为空笼子（密度可达 5×1021cm-3），O2-用来维持 C12A7 的电中性[34]。因此，每个笼子的等效电荷为+1/3，被看做是可以俘获电子的 F+色心[35]。C12A7 的笼子为多微孔结构，孔径直径约为 0.1 nm[36]，因此，笼子中内外阴离子基团的交换可以由微孔实现。并且 O2-离子和 Ca2+离子之间的距离是他们离子半径总和的 1.5 倍，也就是说，阴离子基团是被弱束缚在笼中的[37]。很多文献都

示意图,笼子,晶格结构,示意图

便于研究该类材料的信息存储机理[50-52]。图 1.3 C12A7 的能级图1.2.2 12CaO·7Al2O3 本组研究进展我们课题组很早就关注到 C12A7 可以作为发光材料基质，到目前已经合成了 Eu3+，，Eu2+，Er3+，Sm3+，Tb3+等稀土离子掺杂 C12A7 的样品，并且研究了它们的光学特性；此外，我们组内对于 C12A7 作为基质在光存储方面有以下成果：2011 年闫小磊等人采
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422

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