Cs2HfCl6和Cs2HfCl6∶Tl晶体的生长、光学和闪烁性能研究

本文使用坩埚下降法制备了ø7 mm的未掺杂Cs₂HfCl₆与Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl(摩尔分数)单晶,对晶体样品进行了物相、杂质含量、光学和闪烁性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Fm3m。在荧光和X射线激发下,未掺杂Cs₂HfCl₆晶体的发光主峰皆为380 nm,对应于自陷激子发光。Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体在荧光和X射线激发下,发射光谱中除了存在380 nm处的自陷激子发光,也存在505 nm处Tl⁺的sp-s²跃迁发光。Cs₂HfCl₆和Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的光输出分别为37 000 photons/MeV和36 500 photons/MeV,在662 keV处的能量分辨率皆为3.5%。在¹³⁷Cs源激发下,Cs₂HfCl₆晶体的闪烁衰减时间为0.37 μs (4.2%)、4.27 μs (78.9%)和12.52 μs (16.9%),Cs₂HfCl₆∶0.2%Tl晶体的闪烁衰减时间为0.33 μs (3.5%)、4.09 μs (81.9%)和10.42 μs (14.5%)。     

Ce∶CS2LiYCl6闪烁晶体的研究进展

Ce: Cs2LiYCl6是一类新型闪烁晶体,属立方晶系Elpasolite(钾冰晶石)结构.晶体光产额约为20000 photons/MeV,衰减时间660 ns,能量分辨率为3.6;.Ce: Cs2LiYCl6中的Li离子被6Li置换后,晶体同时具有探测γ射线和中子的能力.含95;的6Li同位素Ce: Cs2LiYCl6晶体光输出达73000 photons/neutron,热中子探测效率较高,在核安全以及国土安全检查方面有重要的应用潜力.本文结合国内外Ce: Cs2LiYCl6晶体最新研究进展,对Ce: Cs2LiYCl6晶体的结构、生长技术、闪烁机制以及性能作了简要论述.     

Cs2LiYCl6∶Ce晶体的n/γ双探测闪烁性能研究

Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC)晶体是一种具有n/γ双探测能力的新型闪烁晶体。采用坩埚垂直下降法生长出富⁶Li的CLYC晶体毛坯,经加工、封装得到φ50 mm×50 mm的CLYC闪烁晶体封装件,其对¹³⁷Cs 662 keV γ射线的能量分辨率为4.22%;测量²⁵²Cf中子源的脉冲波形甄别(PSD)品质因子(FOM)为3.45。凭借其优异的性能,CLYC闪烁晶体有望在中子探测领域替代³He正比计数管,并可作为n/γ双探测的优选材料,应用于中子辐射探测器、放射性同位素识别仪、个人辐射剂量仪,以及其他中子、伽马射线的探测。     

KMgF3∶Sm2+∶Li+晶体的色心分析

利用提拉法多次生长了KMgF3∶Sm2+和KMgF3∶Sm2∶Li+晶体;在KMgF3∶Sm2晶体结构分析的基础上,通过测试和分析KMgF3∶Sm2+和KMgF3∶Sm2+∶Li+晶体的激发光谱、发射光谱以及衰减曲线,揭示了晶体的7 F0→5D0激发光谱中,680 ～ 682 nm范围内未被揭示的一个激发峰的产生机理.最后得出结论该激发峰是由Li+引起的HA色心,此结论通过355 nm紫外光照射对光谱的影响进一步得到了确认.     

高温闪烁晶体Ce∶LSO的生长研究

Ce∶LSO晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大、发光衰减时间快、密度大、有效原子序数大、辐射长度短、发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔、晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论.荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm,发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209～370nm之间具有多个吸收峰.     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

1英寸Cs2LiLaBr6∶Ce闪烁晶体的生长及性能研究

Cs₂LiLaBr₆∶Ce(CLLB∶Ce)晶体n/γ双读出闪烁性能优异,其实用化瓶颈在于大尺寸、高光学质量晶体的生长。本研究采用非化学计量比配比,避开CLLB∶Ce非一致熔融组分区域,通过改进研制坩埚下降法晶体生长炉,并优化温度场和降低坩埚下降速度等晶体生长工艺,从而克服组分过冷,保持生长界面稳定,得到了直径1英寸(1英寸=2.54 cm)的CLLB∶Ce晶体毛坯,等径透明部分长度达40 mm,单晶比例由52%提高至79%,可见光区光学透过率达到70%以上。在¹³⁷Cs激发下能量分辨率达3.7%,在²⁵²Cf激发下晶体的品质因子达到1.42,可以很好地甄别中子和γ射线。     

基质组分配比对Cs2LiYCl6∶Ce晶体生长及闪烁性能的影响

Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC∶Ce)是一种具有良好能量分辨率、高光输出,以及优秀的中子/伽马分辨能力的新型闪烁晶体,但因其组分复杂,晶体生长很困难。本文使用坩埚下降法分别生长了LiCl占57%、60%和63%(摩尔分数)及CsCl与YCl₃比例为1.9∶1和2.1∶1共5种不同组分配比的CLYC晶体,发现LiCl占比为60%的组分得到的CLYC相体积占比最大,而改变CsCl与YCl₃的比例对晶体生长没有明显的积极作用。5 mm×5 mm×5 mm和φ25 mm×10 mm样品在¹³⁷Cs激发下的能量分辨率分别为4.8%和5.6%。CLYC晶体在662 keV伽马射线激发下的闪烁衰减时间为17 ns、436 ns和3 603 ns。     

Bridgman法生长的大尺寸钨酸铅晶体的光学和闪烁性能

本文报道了我们采用改进的Bridgman法为欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)上的紧凑型μ子螺线管(CMS)实验生长的大尺寸掺Y3+钨酸铅闪烁晶体,给出了晶体的光学和闪烁性能,如光致发光谱、X射线致发光光谱、纵/横向的透射光谱、光产额以及辐照硬度.测试结果表明,掺Y2O3的钨酸铅晶体光产额很高(>13pe/MeV),且全为100ns以内的快发光,其辐照硬度已接近CMS电磁量能器(ECAL)端帽晶体的要求,同一批晶体彼此间的性能一致性好.     

坩埚下降法生长的大尺寸BaF2∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF₂∶5%Y(摩尔分数)晶体,并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0～300 mm范围内的Y³⁺掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经⁶⁰Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后,样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF₂∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF₂晶体,经过累积剂量辐照后,BaF₂∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。     

Li掺杂对ZnO薄膜的晶体结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上制备了不同掺杂浓度的Li∶ZnO薄膜,并且利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)、荧光光谱仪(PL)多种测试手段研究了不同掺锂浓度对ZnO薄膜的结构形貌、晶格常数、禁带宽度以及光致发光的影响。结果显示,Li的掺入导致ZnO薄膜的晶格常数减小,同时禁带宽度也减小。光致发光谱表明,掺Li后的ZnO薄膜的可见光发光峰由绿光发光峰和黄光发光峰组成,并且发生红移。我们认为,黄光发射可能是电子由单电离氧空位VO+到缔合缺陷LiZnVO的跃迁引起的,并且提出了缔合缺陷LiZnVO的结构模型。     

Nb∶KTiOPO4晶体的生长和倍频性能

通过研究晶体生长工艺参数对Nb∶KTiOPO4(Nb∶KTP)晶体生长的影响,用熔盐顶部籽晶法获得尺寸为55mm×25mm×5mm的Nb∶KTP透明单晶.研究中发现熔体的温度梯度、籽晶和降温速率将严重影响Nb∶KTP晶体的生长.Nb离子的引入不利于Nb∶KTP晶体的生长,尤其是造成晶体易开裂,且沿a轴方向生长速度非常缓慢.同时,Nb的引入大大改变Nb∶KTP晶体的倍频性能.掺杂Nb浓度的摩尔分数为13;时,Nb∶KTP晶体的倍频的Ⅱ型相位匹配的截止波长缩短至937nm,且有效产生469nm倍频蓝光;掺杂Nb浓度的摩尔分数为3;时,Nb∶KTP晶体对Nd∶YAG的1.0642μm激光倍频的最佳相位匹配角为θ=88.32°,()=0°,非常接近90°非临界相位匹配方向.     

Cs4SrI6:Eu晶体的生长和闪烁性能研究

采用垂直布里奇曼法成功生长了一种Cs4SrI6:3;Eu闪烁晶体.毛坯晶体尺寸最大为φ25×70 mm3,是目前最大的Cs4SrI6:Eu单晶.XRD结果表明,晶体具有K4-CdCl6晶体结构,属于R-3C空间群,通过紫外-可见荧光光谱和X射线激发发射光谱,研究了晶体的荧光性能.研究了在137Cs662 keV辐射下Cs4SrI6:Eu单晶的闪烁性能和衰减时间,表明该晶体具有较高的光输出和优良的能量分辨率,衰减时间约为1.86μs.通过分析Eu2+在晶体中不同部位的浓度,计算出Cs4SrI6:Eu晶体中Eu2+的分凝系数约为1.136,结果表明Cs4SrI6:Eu晶体在辐射探测中具有潜在的应用前景.     

K2 LaCl5:Ce晶体的生长及闪烁性能研究

利用坩埚下降法生长出复合稀土卤化物K2 LaCl5:Ce单晶,该晶体为正交结构,晶胞参数为a=1.2745 nm,b=0.8868 nm,c=0.8018 nm,熔点为625℃.通过切割研磨抛光后得到φ12 mm×5 mm的透明圆柱体晶体.将该晶体进行X射线激发发射光谱、光致发光光谱、脉冲高度谱、γ射线衰减能谱、透过率等测试.在一定波段的紫外光以及X射线的激发下,K2 LaCl5:Ce晶体在355 nm与375 nm波长左右有宽的发射峰,分别对应于Ce3+的5d1→2 F5/2和5d1→2 F7/2能级跃迁.在紫外和γ射线的激发下,K2 LaCl5:Ce晶体的衰减时间分别为33 ns和23 ns,晶体的能量分辨率为5.9;.     

2.1μm激光晶体Cr,Tm,Ho∶YAG的生长、光谱和激光性能

采用提拉法成功生长出了优质的Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体,并对其光谱及激光性能进行了研究.测量了晶体在350～2700 nm波段内的吸收光谱.用450 nm激光激发,测量了晶体的稳态和瞬态荧光光谱,拟合得到2.1 μm激光上能级的寿命为10.65 ms.用F-L公式计算了晶体在2.1 μm处的发射截面为6.92×10-20 cm2,并与其他Ho3+掺杂的激光晶体进行了对比.采用氙灯泵浦Cr,Tm,Ho∶ YAG晶体棒,实现2.1 μm的脉冲输出.在3 Hz和10 Hz时的激光阈值分别为33.11 J和33.88 J,斜效率均为4.5;,比市售成熟的激光棒的激光输出效率更高.     

LaBr3:Ce,Sr闪烁晶体的生长及性能研究

采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr₃∶5%Ce,x%Sr,简称LaBr₃∶Ce, Sr,其中x=0.1、0.3、0.5,摩尔分数)闪烁晶体,测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明,不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致,但相比未掺杂Sr²⁺的样品,发射峰的峰位发生了明显的红移,随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,发射峰红移程度增大。不同Sr²⁺掺杂浓度的LaBr₃∶Ce, Sr晶体在350～800 nm不存在明显的吸收峰,0.3%和0.5%Sr²⁺掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr²⁺掺杂浓度的增大,能量分辨率逐步提高,Sr²⁺掺杂浓度为0.5%时,LaBr₃∶Ce, Sr晶体的能量分辨率最高,达2.99%@662 keV...     

EDTA和KCl掺杂对KDP晶体光学质量的影响

通过传统降温法生长了不同EDTA和KCl剂量掺杂的KDP晶体,并观察了晶体的光散射情况,测定了晶体柱区样品的透过率和晶体中Fe、Cr、Cl三种杂质元素的含量,结果表明:低浓度的EDTA(0.01 mol;)和KCl(＜1.5 mol;)掺杂可以提高晶体的透过率,但高浓度掺杂(0.01 mol;EDTA, 2.0 mol; KCl)会导致晶体散射严重,透过率降低,KCl浓度达到2.5 mol;后晶体生长受到抑制,晶体缺陷严重;晶体中铁Fe3+、Cr3+的总含量随着掺杂浓度的增加而减少,晶体中并没有发现Cl元素存在.     

PEDOT∶PSS掺杂对聚合物太阳电池性能的影响

分别用不同体积分数的二甲基亚砜(DMSO)和丙三醇溶液作为掺杂剂优化PEDOT∶ PSS薄膜,并对DMSO和丙三醇掺杂PEDOT∶ PSS薄膜的影响进行了研究.此外,还对优化处理过的薄膜分别作为阳极修饰层的聚合物太阳电池进行对比.结果表明,掺杂过的PEDOT∶ PSS薄膜的电导率得到了很大提高.PEDOT∶ PSS薄膜的光学性质和表面粗糙度变化等表明DMSO掺杂的PEDOT∶ PSS薄膜电导率的提高是因为PEDOT∶ PSS相分离变小,使得两相区势垒降低;而丙三醇掺杂的PEDOT∶ PSS薄膜电导率的提高是因为PEDOT∶ PSS链结构的变化.器件的能量转换效率都是在掺杂3; DMSO和3;丙三醇时获得,分别为3.79;和2.70;,比未掺杂的电池分别提高了5.65倍和4.02倍.     

钛掺杂对ZnO∶Ti透明导电薄膜性能的影响

以不同钛掺杂含量的氧化锌陶瓷靶作为溅射源材料,采用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上沉积了Ti掺ZnO(TZO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、分光光度计和霍尔效应测试系统,研究了钛掺杂含量对TZO薄膜微观结构和光电特性的影响.结果表明:所有TZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且具有(002)择优取向,钛掺杂含量对薄膜性能具有明显的影响.当钛掺杂含量为3wt;时,TZO薄膜的结晶质量最好、可见光平均透过率最高、电阻率最低、品质因数最大(748.15 S/cm),具有最佳的光电综合性能.TZO薄膜的光学带隙随钛掺杂含量增加而单调增大.     

F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶ Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x =0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对ZnO∶ Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响.结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at;时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向.随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失.F掺杂ZnO∶ Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93;.样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小.PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at;F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小.