CuBrx I1-x闪烁薄膜的制备和发光性能

为了系统地研究Br的引入对CuBr_xI_(1-x)薄膜发光强度和衰减时间的影响,通过气相沉积法在Si片上制备了CuBr_xI_(1-x)(0≤x≤1)闪烁薄膜,并测试了薄膜的发光性能和衰减曲线。结果表明,所制备的样品具有良好的CuBr_xI_(1-x)(0≤x≤1)固溶体结晶性;相对于长波段的深能级发射,CuBr_xI_(1-x)薄膜均表现出较强的光致和X射线激发近带边发射,且发射强度随Br含量的增加而大幅增加,有利于提高闪烁器件的探测效率;不过薄膜的发光衰减时间会随Br含量的增加而变慢(40～300 ps)。本研究工作对于通过选择合适组分的CuBr_xI_(1-x)闪烁材料以平衡探测效率和时间响应的测量需求具有重要意义。     

Tb3+掺杂硅酸盐玻璃发光性能的浓度依赖关系

 利用高温熔融法制备了不同浓度的Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃，并分别测量了紫外和X射线激发时的发射光谱。光谱结果表明，不同浓度Tb³⁺掺杂硅酸盐玻璃在紫外和X射线激发时发光行为具有相似的浓度依赖关系：低浓度Tb₄O₇掺杂时主要以蓝光(5D₃→⁷FJ)发射为主，而高浓度掺杂时以绿光(⁵D₄→⁷FJ)发射为主。Tb³⁺发光强度与掺杂浓度的关系分析表明，⁵D₃的浓度猝灭是电偶极-电偶极相互作用引起的, 而⁵D₄的浓度猝灭是交换相互作用引起的。     

芪3在铅-锡-氟磷酸盐玻璃中的聚集及光谱特性

采用低温熔融法制备了有机染料芪3掺杂的不同浓度的铅-锡-氟磷酸盐玻璃,通过对掺杂玻璃激发光谱、发射光谱和吸收光谱的测试,研究了芪3在无机玻璃中的聚集状态和光谱性能。结果表明,有机染料芪3以单体和二聚物的形式共存于无机玻璃中,和芪3单体分子的激发峰相比,二聚物的激发峰位于短波段,随掺杂浓度的增加,掺杂玻璃的发射峰发生红移,同时在荧光光谱中观察到浓度猝灭现象;芪3分子与无机玻璃通过亲水作用发生了键合,从而导致芪3在无机玻璃中的吸收光谱和发射光谱比在乙醇溶液中出现较大红移;与芪3在乙醇溶液中的荧光强度相比,芪3分子受无机玻璃的"笼"化作用有效的提高了其荧光强度。     

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。     

测量放射性物质辐射强度的虚拟仿真居里实验

将获得诺贝尔奖的测量放射性物质辐射强度实验的理论知识、实验方法与虚拟仿真技术进行融合,设计了融入科学研究方法的虚拟仿真综合实验教学项目.通过构建全过程、多环节和沉浸式的在线实验教学环境,学生可以应用比较测量法等,掌握获得微小电荷量与饱和电流的实验方法,加深对放射性物质辐射强度测量原理的理解,体验科学发现的历程.     

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。     

γ-CuⅠ晶体生长和红光发射的抑制机理

以乙腈为溶剂、γ-CuⅠ粉末为原料,采用溶剂蒸发法,通过工艺优化,生长出了尺寸约为9mm×9mm×1mm的透明γ-CuⅠ闪烁晶体。卢瑟福背散射谱(RBS)实验结果表明,所生长的γ-CuⅠ晶体中铜和碘元素的比例分别为53.1和46.9mol%。在生长溶剂中掺入适量碘可提高γ-CuⅠ晶体中碘的比重,所获得晶体中铜和碘元素的比例被调整为50.4和49.6mol%。光致发光谱(PL)的结果表明,所生长的γ-CuⅠ晶体存在有410nm发射峰和720nm附近的宽发射带,掺碘后720nm的宽发射带得到了较大幅度的抑制,但同时也会在424和474nm处出现两个相对较弱的发射峰;X射线激发发射谱(XEL)显示,所生长的CuⅠ晶体存在有435nm发射峰和720nm附近的宽发射带,掺碘后720nm的宽发射带得到了较大抑制。综合掺碘前后γ-CuⅠ晶体的发射光谱可以发现:碘元素有助于抑制γ-CuⅠ晶体的红光发射,其原因来自于碘元素的体掺杂造成晶体中碘空位的减少,而非由晶体表面的吸附碘。     

透明SiO_2-Al_2O_3-CaO-CaF_2微晶玻璃中Tb~(3+)的发光性能研究

通过对1.0 mol%Tb2O3掺杂45SiO2-20Al2O3-10CaO-25CaF2玻璃进行热处理制备出透明微晶玻璃,经XRD分析微晶玻璃内析出了大小约为27 nm 的CaF2颗粒.并分别在紫外和X射线激发下研究了Tb3+在基质玻璃和透明微晶玻璃中的发光行为.结果表明:微晶玻璃中CaF2纳米晶颗粒的析出有利于提高Tb3+的发光性能,紫外激发时,Tb3+的545 nm特征发光强度增强了4倍;而X射线激发时,Tb3+的545 nm特征发光强度增加了3.5倍.     

Sb3+对Tb3+激活硅酸盐玻璃发光性能的影响

利用高温熔融法分别制备了Sb3 ,Tb3 单掺和共掺的硅酸盐发光玻璃,并分析了它们的光谱性质。根据对Sb3 和Tb3 掺杂硅酸盐玻璃的激发光谱、发射光谱和发光衰减时间等特性的分析,研究了澄清剂Sb2O3的加入对Tb3 激活硅酸盐玻璃发光性能的影响。结果表明,在紫外光激发下,Tb3 激活硅酸盐玻璃中存在Sb3 离子至Tb3 离子的能量传递,但能量传递效率较低,能量传递表现为Sb3 离子的3P1能级与Tb3 离子的5D3能级之间的能量无辐射共振转移。同时Sb3 离子的加入将在Sb3 离子和Tb3 离子的激发重叠区域(200～350nm)对Tb3 离子的激发产生不小的负面影响,尚不足以通过Sb3 离子至Tb3 离子的能量传递得以弥补。因此在使用Sb2O3作为Tb3 激活硅酸盐发光玻璃的澄清剂时,应当注意权衡Sb3 离子对Tb3 离子发光性能的影响。     

γ-CuI超快闪烁转换屏的制备与性能表征

以石英基片为衬底,采用真空热蒸发法,通过调控衬底温度制备出了具有微柱结构、柱径在μm量级、厚度约17μm的γ-CuI超快闪烁转换屏。在X射线激发下,所制备的γ-CuI超快转换屏具有峰位在430nm的快成分发射峰和峰位在700nm的慢成分发射带,其中快成分发射峰占总发光的主要部分;随着衬底温度由170℃升高至210℃,转换屏430nm发射峰的强度会逐渐减弱,而700nm发射带的强度则逐渐增强,这可能是由于较高的衬底温度会造成碘流失从而引起转换屏中碘空位增加、铜空位减少所致(Cu/I增大),碘流失的假设得到了卢瑟福背散射实验的验证。γ-CuI超快转换屏的晶体结构呈(111)晶面择优取向,且不随衬底温度而变化,当衬底温度升高至210℃时,由于CuI分子获得的动能增加,转换屏还会出现微弱的(220)和(420)晶面的取向。当衬底温度由170℃增至190℃时,转换屏的微柱结构会随之优化,微柱结构明显,但当衬底温度进一步增至210℃时,由于表面扩散和体扩散效应加剧,微柱结构会随之退化。最后,采用刃边法测量了所制备γ-CuI转换屏的空间分辨率,结果显示170,190和210℃衬底温度条件下所制备的转换屏,其空间分辨率分别为:4.5,7.2和5.6lp·mm-1,微柱结构有助于提高转换屏的空间分辨率。