稀土掺杂闪烁微晶玻璃及玻璃光纤的研究

论文摘要

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Ce3+、Eu2+、Tb3+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Ce3+掺杂产生的着色问题,并制备了Tb3+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Ce3+掺杂氟氧化物微晶玻璃,通过热处理得到CeF3微晶,提高了Ce3+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BaF2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Eu3+不等价取代Ba2+,还原为Eu2+,进入BaF2微晶,有效提高了闪烁发光效率。3.成功制备了不同浓度Ce3+、Tb3+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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 闪烁体概述
•     1.2.1 闪烁体的定义
•     1.2.2 闪烁体的发光机理
•     1.2.3 闪烁体的性能要求
•     1.2.4 闪烁体的种类
•     1.2.5 闪烁体的应用
•   1.3 闪烁玻璃的研究现状
•     1.3.1 稀土离子掺杂闪烁玻璃
•     1.3.2 有机激活剂掺杂闪烁玻璃
•     1.3.3 透明微晶闪烁玻璃
• 第二章 样品制备与测试方法
•   2.1 实验原料
•   2.2 样品制备方法
•   2.3 样品表征方法
•     2.3.1 X射线衍射分析
•     2.3.2 吸收光谱测试
•     2.3.3 透射电子显微镜测试
•     2.3.4 荧光光谱与荧光寿命测试
•     2.3.5 X射线激发发射光谱测试
•     2.3.6 X射线光电子能谱分析
•     2.3.7 X射线吸收精细结构谱分析
• 第三章 CeF3微晶玻璃的制备及光谱研究
•   3.1 引言
•   3.2 样品制备与测试
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 玻璃晶化研究
•     3.3.2 玻璃着色研究
•     3.3.3 玻璃晶化对稀土离子发光性能的影响
•   3.4 本章小结
• 2微晶玻璃的制备及光谱研究'>第四章 Eu掺杂BaF₂微晶玻璃的制备及光谱研究
•   4.1 引言
•   4.2 样品制备与测试
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 玻璃晶化研究
•     4.3.2 玻璃晶化对稀土离子发光性能的影响
•     4.3.3 掺杂离子价态表征
•   4.4 本章小结
• 第五章 Ce/Tb掺杂磷酸盐玻璃及光纤的制备及光谱研究
•   5.1 引言
•   5.2 样品制备与测试
•   5.3 结果与讨论
• 4）₂ 体系（X=K,Rb,Cs）光谱研究'>    5.3.1 Ce掺 XLu（PO₄）₂体系（X=K,Rb,Cs）光谱研究
• 4）₂ 体系（X=K,Rb,Cs）光谱研究'>    5.3.2 Tb掺 XLu（PO₄）₂体系（X=K,Rb,Cs）光谱研究
• 3）₃ 体系光谱研究'>    5.3.3 Ce掺 La（PO₃）₃体系光谱研究
• 3）₃ 体系光谱研究'>    5.3.4 Tb掺 La（PO₃）₃体系光谱研究
•     5.3.5 Ce/Tb掺杂磷酸盐闪烁玻璃光纤的制备及光谱研究
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘培

导师: 周时凤

关键词: 闪烁玻璃,闪烁光纤,稀土离子

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

单位: 华南理工大学

分类号: TQ171.733;TN253

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.000504

总页数: 68

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