激光高能X射线成像中探测器表征与电子影响研究

基于激光尾场加速电子的高能X射线源具有高光子能量与小源尺寸的特点,在高空间分辨无损检测方面发挥着十分重要的作用.在X光机上测量了CsI针状闪烁屏、锗酸铋(BGO)闪烁阵列与DRZ闪烁屏的本征空间分辨率,并模拟了三类探测器对高能X射线的能量沉积响应,其中CsI针状闪烁屏的空间分辨率高达8.7 lp/mm.采用Ta转换靶产生的高能X射线开展透视照相,能够分辨最高面密度33.0 g/cm~2的两层客体结构.开展了X射线照相、X射线与电子混合照相以及电子照相三种情况的比对实验,在X射线产额不足或探测效率不够情况下采用X射线与电子混合透视照相的方案,以牺牲对比度为代价,能较大程度地提高图像信号强度.     

M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜的制备及性能研究

X射线成像在生命科学和物质微结构分析等许多方面有着非常重要的应用,X射线成像仪器核心部件之一为X射线-可见光转换屏。透明闪烁薄膜是实现高空间分辨率X射线成像的一条有效途径。铕掺杂M′型LuTaO_4是一种性能优越的闪烁材料,其密度高达9.75g·cm~(-3),化学性质稳定,辐照硬度大,有望制备成透明薄膜型高空间分辨率X射线转换屏。以2-甲氧基乙醇为溶剂、PVP为胶粘剂,采用溶胶-凝胶法成功制备出M′型LuTaO_4∶Eu~(3+)透明闪烁厚膜,并对透射率、光致发光、X射线激发发射光谱和空间分辨率等一系列的薄膜性能进行表征。经过8次旋涂之后,膜层均匀、无裂纹,厚度为2.1μm,发光波段的透射率为70%以上,成像空间分辨率达到1.5μm。将厚膜作为X射线-可见光转换屏,成功对果蝇进行了X射线成像,其复眼结构清晰可见。此外,紫外和X射线激发下闪烁膜的发光特性研究表明,该厚膜具有优良的发光性能,已基本满足高分辨率X射线成像的要求,有望在显微X射线成像方面获得很好应用。     

两步法制备空间取向高度一致的ZnO纳米棒阵列

采用两步法,即先用磁控溅射在Si(100)表面生长一层ZnO籽晶层、再利用液相法制备空间取向高度一致的ZnO纳米棒阵列.用扫描电子显微镜、X射线衍射、高分辨透射电子显微镜和选区电子衍射对样品形貌和结构特征进行了表征.结果表明,ZnO纳米棒具有垂直于衬底沿c轴择优生长和空间取向高度一致的特性和比较大的长径比,X射线衍射的(XRD)(0002)峰半高宽只有0.06°,选区电子衍射也显示了优异的单晶特性.光致发光谱表明ZnO纳米棒具有非常强的紫外本征发光和非常弱的杂质或缺陷发光特性. 关键词： ZnO纳米棒阵列 ZnO籽晶层 两步法 液相生长     

铕掺杂氧化锌纳米棒阵列材料的制备及光学性能研究

通过低温化学方法在多孔硅柱状阵列(NSPA)衬底上制备得到铕掺杂ZnO(ZnO∶Eu)纳米棒阵列结构。实验方法简单、条件温和,有效地实现了ZnO纳米棒和铕离子之间的能量转移,丰富了ZnO纳米半导体材料体系的发光。X射线衍射以及X射线光电子能谱证实铕离子成功掺杂进了ZnO晶体中。室温荧光光谱测试结果表明:ZnO∶Eu纳米棒阵列可实现从紫外光到蓝-绿光的宽谱带发射,其中发光中心位于～380 nm的紫外光源于ZnO的带边发射,位于450～570 nm的蓝-绿光源于ZnO的本征缺陷发光,而位于～615 nm的红光发光则源于铕离子核外电子4f壳层结构。同时借助于能带示意图对光致发光机理进行了分析。     

基于微孔硅阵列的像素化γ-CuI闪烁转换屏的研制及性能表征

以微孔硅阵列为模板,高纯CuI粉末为原料,采用压力注入法,成功制备了具有单分散微柱结构的像素化CuI闪烁转换屏。扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)的测试结果表明,所制备的转换屏中CuI微柱连续、致密,微柱柱径约为2.5μm、间隔约为1.5μm、柱长约为80μm,并具有良好的γ相晶体结构。在X射线激发下,所制备的像素化γ-CuI闪烁转换屏具有峰值波长位于680nm附近的红光慢发射带;掺碘后,该发射带被较大幅度的抑制,同时出现了峰值波长位于432nm的快发光峰;当碘掺杂含量达到10Wt%时,峰值波长位于680nm附近的红光慢发射带被完全抑制,只存在峰值波长位于432nm的快发光峰。采用刃边法测量了所制备的像素化γ-CuI闪烁屏的空间分辨率,结果显示其分辨率可达38lp·mm-1,表明该闪烁屏除拥有超快时间响应特性外,兼具很高的空间分辨本领,在X射线成像方面具有独特的应用价值。     

Yb:YAG晶体性能实验测量

为了测量脉冲时间宽度小于20 ns时的射线时间分辨图像,发展了新型无机闪烁体Yb:YAG,并实验测量了晶体的发光衰减时间、X射线激发发光光谱、相对发光效率和空间分辨等性能,研究了Yb:YAG晶体的发光性能。实验表明,Yb:YAG发光有三种衰减成分,快成分衰减常数为1.2 ns,慢成分衰减常数与射线种类有关;X射线激发发光光谱在250~800 nm范围,有三个发光峰,分别为320,380和500 nm,且320 nm处强度最大;相对发光效率为1900 ph/MeV;使用钨分辨卡测得Yb: YAG空间分辨能力为2 lp/m,使用刀口法测得空间调制传递函数为0.5时的频率为0.7 lp/mm。结果说明Yb:YAG晶体性能能够满足所需测量要求。     

高能X射线源焦斑尺寸的时间分辨诊断

将门控分幅相机与快闪烁晶体结合,构成时间分辨X射线诊断系统,对神龙一号直线感应加速器产生的高能脉冲X射线源焦斑进行了测量,在时间间隔为10 ns的情况下,获得了焦斑尺寸随时间的变化曲线。在此基础上,设计了单像素尺寸为0.78 mm×0.78 mm的LYSO闪烁晶体阵列,并进行了X射线照射晶体阵列发光的初步实验,结果表明该阵列可用于高能X射线源焦斑的时间分辨诊断,并能显著提高成像的空间分辨力。     

掺铟氧化锌纳米阵列的制备、结构及性质研究

通过碳热辅助化学气相沉积法,用Au做催化剂在850℃下制备了铟掺杂的氧化锌（In/ZnO）纳米阵列.纳米棒的尺寸均匀,表面光滑,直径约为400 nm,长为2—3 μm.能量色散谱和X射线光电子能谱分析表明, 六棱柱状的纳米阵列中成功地进行了In 的掺杂,含量约为08%.室温光致发光谱显示掺杂后的紫外发射峰位有红移,峰的半高宽变大, 没有观察到绿光发射峰位.拉曼光谱显示出ZnO的峰位有不同程度的偏移,并且有新的峰位出现,这表明In的掺杂有效地取代了部分Zn的晶格. 关键词： In掺杂 ZnO 纳米阵列 光致发光     

一种新型的液闪阵列成像屏空间分辨特性

针对低强度射线成像,自主研制了一种像元为0.1 mm高探测效率的液闪阵列屏.为此,基于倾斜刀口边缘响应的测量原理,建立了理论模拟方法和实验研究方法,对该液闪阵列屏开展了空间分辨性能研究.通过理论模拟,给出了液闪阵列屏在14 MeV中子和1.25 MeV伽马射线激发下的调制传递函数,并与像元为0.1,0.3和0.5 mm的闪烁纤维阵列屏进行了理论对比.在60Co伽马射线源上,对液闪阵列屏和像元为0.3和0.5 mm的两种国产闪烁纤维阵列屏进行了调制传递函数实测研究.理论模拟和实验结果一致,均表明液闪阵列的空间特性优于闪烁纤维阵列屏,而且具有更好的均匀性,对1.25 MeV伽马,空间分辨接近0.9 lp/mm,而其他两种纤维阵列屏仅达到0.5 lp/mm,对于14 MeV中子,液闪阵列屏的空间分辨可达到1.8 lp/mm.     

光纤耦合GAGG＿Ce型X射线探测器高分辨成像

闪烁屏信号串扰是影响X射线探测器空间分辨率的主要因素,基于点扩散函数理论对光纤耦合GAGG_Ce单晶闪烁屏型CCD/CMOS探测器的空间分辨率进行了研究。利用蒙特卡罗程序EGSnrc和光学仿真软件Zemax分别对GAGG_Ce单晶闪烁屏射线串扰和荧光串扰进行了仿真。仿真结果表明,对于低能X射线辐射成像,荧光串扰是影响探测器空间分辨率的最主要因素。此外,研究了通过降低光纤面板数值孔径以抑制荧光串扰的方法,得到了光纤面板数值孔径与探测器空间分辨率和X射线转换因子间的关系,并通过自制CCD探测器测试验证了仿真结果的正确性。     

氧化锌可见区发光机制

探究与缺陷相关的氧化可见区发光机制对获得高效激子发光和实现紫外激光有重要的意义，也是该领域研究的基本问题之一，本文用X射线衍射、X射线光电子能谱，电子顺磁共振和光致发光谱研究了ZnO:Mn纳米薄膜的结构和发光性质，证明了氧空位或缺陷分布于纳米晶表面，提出了可见发光中心是Vo^**和[Vo^*,electron]或[Vo^**,two electrons]复合体的发光模型。     

In掺杂的ZnO纳米棒的共振Raman光谱研究

本文报道In掺杂ZnO纳米棒的成功制备和对其结构以及光荧光性能的详尽研究。在室温条件下ZnO的共振拉曼谱线容易受到很强的荧光干扰, 甚至导致共振拉曼谱线完全被湮没。微量In掺杂入ZnO纳米棒中, 调控紫外发光峰由378 nm(纯ZnO)红移至397 nm; 另外, 在制备过程中引入过量的氧, 在样品中产生大量缺陷, 降低了ZnO的紫外近带边发光峰强度。这两方面导致在室温下可清楚的观察到In掺杂ZnO纳米棒的6阶LO拉曼峰。     

热蒸发法制备ZnO纳米棒阵列

氩气氛常压下，利用热蒸发法，在无催化剂、无ZnO预沉积层的硅衬底上制备了取向良好，排列整齐的ZnO纳米棒阵列．在距Zn源不同位置的Si衬底上得到了不同形貌的样品．硅衬底置于锌源正上方是得到取向一致的ZnO纳米阵列的一个关键性条件．用场发射扫描电子显微镜、X射线粉末衍射表征样品表面形貌、晶体结构．进一步研究了样品的生长机制和荧光性质．     

水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒及其光学性能

采用水热法在石英衬底上以Zn(CH3COO)2.2H2O和Co(NO3)2.6H2O水溶液为源溶液,以C6H12N4(HMT)溶液作为催化剂,在较低温度下制备了Co掺杂的ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所生长ZnO纳米棒的晶体结构和表面形貌进行了表征,考察了Co掺杂对ZnO纳米棒微观结构和对发光性能影响的机制。结果表明:Co掺杂的ZnO纳米棒呈六方纤锌矿结构,具有沿(002)面择优生长特性,Co掺杂使ZnO纳米棒的直径变细;同时室温光致发光(PL)谱检测显示Co掺杂ZnO纳米棒具有很强的近带边紫外发光峰,而与深能级相关的缺陷发光峰则很弱。本研究采用水热法在石英衬底上于较低温度下生长出了具有较高光学质量的Co掺杂ZnO纳米棒。     

ZnO纳米花的制备及其性能

利用化学气相沉积法, 在铜箔上成功制备出形似自然界中刺球花的ZnO纳米花结构. 实验进一步研究了氧气和氩气流量比例分别为1:150, 1:200, 1:250和1:400时对ZnO纳米花结构和性能的影响. 结果表明, ZnO纳米花上的ZnO纳米棒的长径比随氧气氛的减少而减小; 在氧气和氩气流量比例为1:250时制备出的ZnO纳米花尺寸均匀、形貌均一、花型结构最完美. ZnO 纳米花的室温光致发光谱表明, 随着氧气氛的减少, 可见区域的发光从一个波包变成一个宽峰, 且与锌空位相关的缺陷发光峰在减弱, 与氧空位相关的缺陷发光峰在增强. 基于实验结果, 提出了一种在铜箔上制备ZnO纳米花结构的生长模型.     

Co掺杂ZnO纳米棒的共振拉曼光谱和发光特性

采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)手段对微乳液法合成的Zn0.9Co0.1O纳米棒进行了表征.通过室温下的共振拉曼光谱和光致发光光谱手段,研究了所合成纳米材料的共振拉曼光谱和发光特性,并与体相ZnO的研究结果对比,发现合成的材料具有四阶声子紫外共振拉曼散射,而体相材料只有两阶,并观察到在紫外和可见区域所...     

弯曲表面上ZnO亚微米棒阵列的制备

以ZnS和金属Zn粉末混合物为蒸发源以及金属Zn片为衬底,利用热蒸发气相沉积方法,在弯曲的金属Zn微球表面上,成功地获得了ZnO亚微米棒阵列结构。场发射扫描电镜研究表明:在弯曲的Zn微球表面,能自组织地生长出大量的截面为六边形的ZnO亚微米棒,这些亚微米棒的平均直径为500nm,长约1μm。棒的顶部是平滑的。能量散射X射线谱结果表明:合成的产品只存在Zn和O两种元素,其成分比例接近1∶1。没有观察到S元素。光致发射(PL)光谱显示:在387nm紫外波长处,出现一个强的半峰全宽为16nm的窄发光峰,可归属于ZnO的近带边发光,而509nm左右较弱的宽峰则源于界面缺陷态发光。这些研究结果说明我们所合成的这种ZnO亚微米棒阵列材料在紫外受激发射器件方面有着潜在的应用价值。     

联合体驱使生长法制备ZnO纳米棒及其表征

在常压环境下采用联合体驱使生长(Aggregation-driven growth)法在镀有ZnO纳米薄膜的医用盖玻片衬底和锌箔上制备了不同直径、高取向、密集生长的ZnO纳米棒阵列结构,发现平均直径与生长时间呈线性关系。X射线衍射(XRD)谱图中出现了较强的(002)峰,表明制备的纳米棒阵列具有高度c轴择优生长取向;高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子花样衍射图谱(SAED)结果表明我们得到的单根纳米棒为沿(002)生长的单晶结构。分析确定盖玻片上的纳米棒阵列是以ZnO纳米薄膜缓冲层上的ZnO种子颗粒为成核点生长形成的。     

二氧化钛阵列的制备及其光学性能

以水热法制备了由纳米棒组成的二氧化钛阵列。通过控制反应时间,对组成阵列的二氧化钛纳米棒的尺寸进行调节。利用扫描电镜和X射线衍射光谱分析了样品的形貌和晶体结构,发现将反应时间由4 h延长至8 h,二氧化钛纳米棒的直径由100 nm增大到200 nm。利用紫外-可见吸收光谱测量了样品的光吸收特性,发现了尺寸效应引起的吸收边和带隙变化,反应时间由4 h延长至8 h,样品带隙由3.09 eV变化至2.97 eV。利用荧光光谱研究样品的光致发光性能,发现了样品的近带边发光(382 nm左右)、自陷激子发光(420 nm左右)、束缚激子发光(456 nm左右)和缺陷能级发光(492 nm左右)。     

直立Zn_2GeO_4/ZnO纳米棒阵列的制备及其发光性质研究

利用化学气相沉积法(CVD)在表面溅射Au和沉积ZnO籽晶的硅衬底上分别生长高度有序、垂直密布的直立Zn2GeO4/ZnO纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和光致发光(PL)谱测试手段对所制备样品进行表征和发光特性的研究。所制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒的直径为350~400 nm,高度为10~11μm;室温PL谱观察到3个来源于Zn2GeO4的典型发光峰。最后,对CVD法制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒生长机理进行了分析。该种直立性良好的一维纳米棒材料可以广泛地应用到纳米光电子器件中。