Czochralski法生长Lu2SiO5：Ce晶体的发光特性

本文使用铱坩埚感应加热Czochralski法成功地生长出了无色透明且尺寸达5 0mm× 6 0mm的Lu2 SiO5:Ce晶体。XRD结构分析表明 ,该晶体为单斜结构。在室温下分别以X射线和紫外光为激发源测量了该晶体的发射光谱 ,获得的发射波长分别为 4 0 3nm和 4 2 0nm ,光衰减时间为 4 1ns,光产额达 32 0 0 0p/MeV。发射光谱的双峰结构以及晶体的发光特性证明其发光源于Ce3 离子的 5d1→5F5/ 2 和 5d1→5F7/ 2 跃迁。     

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;.     

Ce3+:YAG单晶闪烁体的激发和发光特性

铈激活钇铝石榴石(Ce3+∶YAG)单晶是综合性能优良的快衰减闪烁材料.本文以普通光源、激光、同步辐射以及阴极射线为激发源,对我们生长的Ce3+∶YAG闪烁晶体的激发和发光特性进行了系统的研究.结果表明:Ce3+∶YAG单晶的激发光谱(监测荧光波长为545nm)由五个激发峰组成.不同激发条件下的发射光谱均能用双高斯峰进行较好的拟合,拟合后得到的Ce3+的5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的中心波长分别约为520nm和570nm.但是,不同条件激发下5d→2F5/2和5d→2F7/2发光带的强度比有较大差异,这可能与不同的激发机制和激发能传输途径有关.     

Ce~(3+)∶YAG单晶闪烁体的激发和发光特性

铈激活钇铝石榴石 (Ce3 + ∶YAG)单晶是综合性能优良的快衰减闪烁材料。本文以普通光源、激光、同步辐射以及阴极射线为激发源 ,对我们生长的Ce3 + ∶YAG闪烁晶体的激发和发光特性进行了系统的研究。结果表明 :Ce3 + ∶YAG单晶的激发光谱 (监测荧光波长为 5 4 5nm)由五个激发峰组成。不同激发条件下的发射光谱均能用双高斯峰进行较好的拟合 ,拟合后得到的Ce3 + 的 5d→2 F5/2 和 5d→2 F7/2 发光带的中心波长分别约为 5 2 0nm和 5 70nm。但是 ,不同条件激发下 5d→2 F5/2 和 5d→2 F7/2 发光带的强度比有较大差异 ,这可能与不同的激发机制和激发能传输途径有关。     

Cs2NaGdBr6∶Ce单晶生长及闪烁性能研究

Cs2NaGdBr6∶ Ce(CNGB∶ Ce)是新近发现的性能优异的闪烁晶体,本文用Bridgman法成功制备出尺寸达φ25×25 mm3的CNGB∶Ce单晶,并测试了CNGB∶Ce晶体的相关闪烁性能.荧光光谱和X射线激发发射光谱测试结果表明CNGB∶Ce晶体主要有两个发射峰,分别位于383 nm和418 nm附近,分别对应于Ce3+的5 d→4f12F5/2和5d→4f12F7/2跃迁发射.γ射线能谱测试表明CNGB∶Ce晶体的光输出约为LaBr3∶Ce晶体的2/3,在662 keV处的能量分辨率为6.2;,衰减时间为76 ns左右,这些特点使得CNGB∶Ce晶体有望成为实用化的新型闪烁晶体.     

焦硅酸镥(Lu2Si2O7:Ce)闪烁晶体的生长与发光性能研究

铈掺杂的焦硅酸镥晶体(简写为LPS:Ce)是新近发现的一种具有潜在应用价值的无机闪烁晶体.本文用提拉法成功地生长出尺寸为φ15mm×40mm的LPS:Ce晶体.XRD结构测试表明,该晶体属于单斜晶系,C2/m空间群,晶体中分布有少量的LPS和石英颗粒包裹体.对从毛坯中切割出的无色透明晶体样品在室温下分别进行了透射光谱、紫外激发、X射线激发发射光谱和衰减时间测试.结果表明,铈(Ce3+)离子掺杂使LPS晶体的紫外吸收边从175nm红移到350nm,紫外和X射线激发的荧光光谱中都可以分解出384nm和412nm两个发射峰,它们分别对应于电子从铈(Ce3+)离子的5d轨道向4f轨道的两个能级(2F5/2和2F7/2)的辐射跃迁,从衰减曲线中可以拟合出一个38.75ns的时间常数.这些发光特征与该晶体独特的晶体结构密切相关.     

PSN-PMN-PT∶Er3+晶体Judd-Ofelt理论分析

为了探索Er3+在铁电晶体场中的发光特性,采用高温溶液法生长了Er3+掺杂Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3弛豫铁电单晶.该晶体在紫外-可见-近红外吸收光谱380～1800 nm波段出现了7个吸收峰;在980 nm泵浦光源照射下,该晶体的发射光谱出现了强绿光和强红光上转换发射带,分别对应于Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁;利用Judd-Ofelt理论计算了晶体的振子强度三参数(Ω2＝2.54×10-20 cm2,Ω4＝1.36×10-20 cm2,Ω6 ＝2.38× 10-20 cm2)以及Er3+在PSN-PMN-PT晶体场中的跃迁几率、能级寿命和荧光分支比.研究结果表明 PSN-PMN-PT∶Er3+弛豫铁电晶体是一种新型发光晶体.     

K2LaBr5∶Pr晶体的生长及发光性能研究

通过高温固相法合成Pr³⁺不同掺杂浓度的K₂LaBr₅多晶料,采用垂直坩埚下降法生长出K₂LaBr₅∶Pr单晶,并对晶体进行一系列加工,得到ø12 mm×5 mm的圆柱透明晶体。该晶体属于正交晶系,晶胞参数为a=1.336 0 nm,b=0.992 7 nm,c=0.846 2 nm,Z=4,晶体密度为3.908 g/cm³,熔点为607 ℃。测试了该晶体的X射线粉末衍射、X射线激发发射光谱、光致发光光谱、透过率等。在紫外光以及X射线的激发下,K₂LaBr₅∶Pr晶体在480~750 nm波长范围内呈现蓝光(³P₁→³H₄)、绿光(³P₀→³H₄,³P₁→³H₅)、橙光(³P₁→³H₆,³P₁→³F₂)、红光(³P₀→³F₂,³P₁→³F₃)、深红光(³P₁→³F₄),及紫光(³P₀→³F₄)等多个可见波长的光输出,表明该晶体具有优良的发光性能。在X射线的激发下,在360~440 nm范围内还观察到一个宽带4f 5d-4f²发射跃迁。稳态瞬态荧光光谱分析仪测出光致衰减时间为10 μs左右,紫外可见分光光度计则测出晶体在可见光波段的透过率达到88%。     

Ni(C6H12N4)2SO4·4H2O晶体的生长、热学和光谱性质

六次甲基四胺(C6H12N4,HMTA)部分取代六水合硫酸镍(NSH)晶体结构中的配位水,合成Ni(C6H12N4)2SO4·4H2O(NSH-HMTA)晶体材料.采用称量法测定了NSH-HMTA晶体的溶解度曲线,应用水溶液降温法在温度区间56 ～44℃之间生长出6 mm×6 mm×2 mm尺寸的晶体,生长速度约为0.5 mm/d.通过等离子发射光谱分析所生长晶体中镍离子含量,X射线单晶衍射用于验证晶体的结构.采用热重法(TGA)和差热分析法(DTA)测定晶体脱水温度和分解温度分别为93℃、1 14℃.测量晶体的紫外-可见光谱特性,其紫外波段透过峰位于波长为307 nm处,比NSH晶体(287 nm)红移了约20 nm,HMTA与Ni2+配位提高了Ni2+的3A2g光谱项的能级,3A2g→3T1g(P)所需能量更低,导致吸收谱红移.     

稀土元素铕掺杂的硼酸钇薄膜红色发光性能研究

采用溶胶-凝胶法在空气中900℃退火1h成功制备出Y1-xEuxBO3(x=0.05,0.10,0.15和0.20)荧光薄膜材料,在XRD图谱中未发现未知衍射峰,为单相六角晶体硼酸钇.所制得的薄膜表面光滑,并呈多孔结构,由平均粒径在100 nm的密集的球形纳米晶体组成,其均方根粗糙度为13 nm.FT-IR结果显示有机物和硝酸盐未完全分解.Y1-xEuxBO3薄膜在325 nm波长激发光下检测出位于591 nm处微弱的橙色光,红色发射光谱位于613 nm,归咎于5D0→7F2能级跃迁,红色光谱强度随着Eu掺杂浓度的增加而增加,显示出高效的红色发光光谱.     

(Gd,Lu)3Al5O12∶Tb3+,Eu3+透明陶瓷制备与发光性能

通过简单的化学沉淀法制备了纳米前驱体,结合真空烧结工艺,制备了一系列镥稳定钆铝石榴石{(Gd, Lu)₃Al₅O₁₂∶Tb,Eu}透明陶瓷。将透明陶瓷加工成1 mm厚的圆片,对透明陶瓷样品进行了X射线衍射、光致发光、透过率和衰减时间等表征。高温烧结过后,陶瓷样品仍保持稳定的石榴石相。选定313 nm作为透明陶瓷的激发波长,可获得最强的荧光发射。此外,通过对不同样品进行紫外可见荧光测试,获得了由绿光到红光的可调节发射。在313 nm激发,543 nm和591 nm的监测波长下,透明陶瓷样品均具有Eu³⁺的毫秒级衰减时间。     

Sr3Lu(PO4)3:Pr3+荧光材料的制备与光致发光研究

采用高温固相法成功合成了Sr3Lu(PO4)3:Pr3+荧光粉.通过X射线衍射、扫描电子显微镜和光谱技术,分别研究了Sr3Lu(PO4)3:Pr3+荧光粉的晶体结构,表面形貌和光致发光谱.研究结果表明:所合成Sr3Lu(PO4)3:Pr3+荧光粉具有立方的I43d空间对称结构,其表面具有不规则的颗粒形貌,光致激发波长为444nm,发射波长为610nm,所发光为红色光,当掺杂浓度为1;的时发光效果最好.     

Gd2O2S∶Yb3+,Er3+纳米粉体的水热-还原法制备及其上转换发光性能研究

以Gd2 O3,Yb2 O3,Er2 O3,HNO3,CO(NH2)2和C12H25SO4Na为实验原料,通过水热-还原法制备了yb3+和Er3+共掺杂的Gd2O2S∶ Yb3+,Er3+纳米粉体.通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)和上转换发射光谱(UPL)分析手段对合成产物的结构、形貌和上转换发光性能进行了表征.结果表明,Gd3+∶ CO(NH2)2∶ SO2-=2∶ 1∶x的摩尔比对合成产物的结构有显著的影响,当x=1.0时合成的前驱体在90; Ar+ 10; H2混合气氛下800℃煅烧2h可获得单相Gd2 O2S纳米粉体,该Gd2 O2S粉体颗粒呈现近球形,平均颗粒尺寸约30 nm,具有一定的团聚特征.上转换发射光谱表明在980 nm红外光激发下,Gd2 O2S∶Yb3+,Er3+纳米粉体的上转换光谱图的主次发射峰分别位于671 nm和548 nm,归属于Er3+的4 F9/2 →4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁.Er3+的猝灭浓度为5;,Gd2 O2S∶Yb3+,Er3+的发光机制为双光子模型.     

YAlO3∶Ce晶体的生长及性能研究

本文采用中频感应提拉法生长了尺寸为ø35 mm×70 mm的完整的YAlO₃∶Ce(YAP∶Ce)晶体。XRD测试结果表明所生长的YAP∶Ce晶体主相为YAP相,同时存在第二相YAG相;光致激发发射光谱表明晶体发射波长在344 nm和376 nm,激发波长分别为273 nm、290 nm和305 nm;X射线激发发射光谱表明晶体发射波长在377 nm附近;在γ高能射线激发下,晶体衰减时间曲线呈指数衰减,拟合后得到YAP∶Ce晶体的衰减时间为46 ns,通过高斯拟合以后YAP∶Ce晶体的能量分辨率和绝对光产额分别为8.51%和8 530 ph/MeV。本文分析了晶体生长过程中产生开裂和相变的原因,通过优化温场和工艺可以得到完整无开裂的晶体。如何获得更大尺寸的无开裂、无相变晶体,并实现量产是该晶体规模化应用中需要解决的重要技术难题。     

Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉的制备及发光性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉体,并用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对Bi_4Si_3O_(12):Sm~(3+)荧光粉的结构和发光性能进行表征。研究发现:在850℃煅烧下得到Bi_4Si_3O_(12)纯相;PL谱表明该粉体从近紫外到蓝光范围内都可以得到有效激发。在紫外光激发下,产物有4个发射峰,分别位于468 nm和563 nm,600 nm,649 nm,归属于Bi~(3+)的3P1→1S0跃迁和Sm~(3+)的~4G_(5/2)→~6H_J(J=5/2,7/2,9/2)能级跃迁,并对Bi~(3+)和Sm~(3+)之间的能量传递机制进行讨论。在467 nm的蓝光激发下粉体呈现橙黄色发光,发射峰来源于Sm~(3+)的~4G_(5/2)→~6H_J特征辐射跃迁,且最强发射峰位于563 nm处,Sm~(3+)的最佳掺杂浓度为3mol%。     

零维钙钛矿结构Cs3Cu2Br5单晶的生长和X射线探测性能

金属卤化物低维钙钛矿具有高效的发光性能,并且作为闪烁体在辐射探测领域表现出极大的潜力。本文采用布里奇曼坩埚下降法生长出全无机零维钙钛矿结构Cs₃Cu₂Br₅单晶。研究了Cs₃Cu₂Br₅的光学吸收、光致激发和发射,时间分辨光致发光和以及X射线探测性能。Cs₃Cu₂Br₅晶体结构为正交晶系,空间群为Pnma。在X射线激发下,Cs₃Cu₂Br₅晶体具有峰值约为467 nm的宽带发射,该发射来自自陷激子发射。Cs₃Cu₂Br₅的稳态光产额约为4 000 ph./MeV,且X射线余辉性能表现与BGO晶体相当。     

(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3纳米粉体合成、透明陶瓷的制备及其荧光性能研究

以稀土硝酸盐和NH4HCO3作为原料,采用共沉淀法合成用于制备Eu掺杂Lu2O3-Gd2O3固溶体透明陶瓷的一系列(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3(x=0~0.95)纳米粉体,并利用XRD、SEM、TEM、BET和TMA手段对合成粉体的性能进行表征.结果表明,经800 ℃煅烧后的粉体均为立方相的(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3,粉体颗粒细小,呈近球形,且颗粒尺寸分布较均匀.将合成的一系列纳米粉体压制成型,于1700 ℃真空烧结24 h得到了透明性良好的(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3和(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷,其在可见光区的最高直线透过率分别为53.5;和62.3;.在254 nm激发下,透明陶瓷在612 nm处均呈现出很强的Eu3+的红光发射.(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3透明陶瓷中由于存在Gd3+向Eu3+的有效地能量传递,其发光强度是(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷的1.7倍.     

Y2O3∶Yb3+,Tm3+纳米粉体的制备及发光性能研究

以Y2O3为基质材料,Yb3+为敏化剂,Tm3+为激活剂,采用化学共沉淀法制备Y2O3∶Yb3+,Tm3+纳米粉体,通过差热、红外光谱、XRD、荧光、上转换发光和场发射电子显微镜等方法对样品进行表征.结果表明:Tm3+和Yb3+完全固溶到Y2O3立方晶格中,且粉体大小均匀,尺寸约50 nm;Yb3+浓度为4;(摩尔分数)、煅烧温度900 ℃时,荧光和上转换发光强度最强;Tm3+浓度为0.4;时绿光(5F4/5S2→5I8)和红光(2F5/2→2F7/2)荧光强度最强,浓度0.5;时蓝光(1G4→3H6)和红光(1G4→3F4)的上转换发射强度最大.     

不同晶体结构Gd2(MoO4)3:Eu3+荧光粉的合成及其发光性能研究

采用溶胶凝胶-燃烧法,柠檬酸为络合剂合成出系列Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究.XRD分析表明:稀土离子与柠檬酸为1:0.5时,800℃热处理获得单斜结构的Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉.单斜结构的Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉到正交结构的Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉的转换可以通过改变稀土离子与柠檬酸摩尔比和热处理温度等合成条件实现.Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉的形貌受合成条件的影响.荧光光谱研究表明:Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉的主发射峰位于616 nm处来自于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁.正交结构的Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉发射强度明显高于单斜结构的荧光粉.计算⁵D₀→⁷F₂与⁵D₀→⁷F₁跃迁发射的相对强度比值表明:正交结构的Gd₂(MoO₄)₃:Eu³⁺中Eu³⁺局域环境的对称性较高。