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《稀土離子摻雜閃爍玻璃和閃爍光纖面板的制備與發(fā)光性能的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號：TL812+.1密級：可公開UDC：編號：稀土離子摻雜閃爍玻璃和閃爍光纖面板的制備與發(fā)光性能的研究InvestigationonPreparationandLuminescencePropertiesofRareEarthIonsDopedScintillatingGlassandOpticalFiberPlates學(xué)位授予單位及代碼：長春理工大學(xué)(10186)學(xué)科專業(yè)名稱及代碼：材料物理與化學(xué)(080501)研究方向：光學(xué)與特種光學(xué)玻璃技術(shù)申請學(xué)位級別：博士指導(dǎo)教師：呂景文研究員研究生：張勇論文起止
2、時間：2013.07-2016.10摘要隨著高能物理、工業(yè)探測和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的快速發(fā)展，社會各個領(lǐng)域?qū)﹂W爍體材料的需求日益增加，閃爍體材料的研究已成為廣大研究者們的關(guān)注熱點。閃爍晶體由于制備過程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、大批量和大尺寸生產(chǎn)難度大以及各部分發(fā)光特性存在差異等因素，使其在應(yīng)用上受到制約。相比之下，閃爍玻璃的制備工藝簡單、成本低廉、組分和性能連續(xù)可調(diào)、塑形加工性能優(yōu)異，易于大批量、大尺寸生產(chǎn)，使其成為高性能閃爍材料研究和應(yīng)用的關(guān)注熱點，對其研究也取得了很大的進展。但選擇合適的玻璃基質(zhì)材料，改善和調(diào)控各種稀
3、土離子在不同玻璃基質(zhì)中的發(fā)光性能仍是閃爍玻璃研究的重要內(nèi)容。3+3+3+本論文以Tb、Ce、Eu摻雜釓-鋇-鋁硅酸鹽氟氧閃爍玻璃為研究對象，較為系統(tǒng)的研究了稀土離子單摻情況下的發(fā)光機理以及摻雜濃度對玻璃材料的微觀結(jié)構(gòu)、3+光學(xué)性質(zhì)的影響，并討論了玻璃中Gd離子與其它稀土離子間的能量傳遞機制。隨后，-3+3+3+3+研究了玻璃組成中F、Gd含量以及敏化離子Ce、Dy對Tb離子在釓-鋇-鋁硅酸3+鹽氟氧玻璃中發(fā)光性能的影響，并在獲得高X射線探測效率的Tb激活閃爍玻璃的基礎(chǔ)上，初步探索了閃爍光纖面板的制備工藝。研究
4、結(jié)果表明：3+3+3+3+3+（1）采用高溫熔融法成果制備了Tb、Ce、Eu離子單摻和Ce/Tb、3+3+Dy/Tb離子共摻的釓-鋇-鋁硅酸鹽氟氧玻璃。這些玻璃的網(wǎng)絡(luò)骨架是由[SiO4]四面體3+2+-和[AlO4]四面體以頂點相連的方式構(gòu)成，Gd、Ba和其它稀土離子處于網(wǎng)絡(luò)間隙，F(xiàn)2-離子部分取代O進入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部；玻璃具有較高的密度和良好的熱穩(wěn)定性以及高可見區(qū)透過率。3+5（2）在紫外光的激發(fā)下，Tb單摻閃爍玻璃發(fā)出明亮的綠光，主要源于D4→73+FJ(J=6,5,4,3)的電子躍遷。隨著Tb離子摻雜濃度的增
5、加，發(fā)光強度不斷增強，但熒3+53+光壽命變短；Tb離子之間的交叉弛豫過程有利于D4態(tài)的躍遷發(fā)射。Ce單摻閃爍3+玻璃在紫外光的激發(fā)下發(fā)出強烈的藍紫光，是由Ce離子的5d-4f電子躍遷引起；隨3+3+著Ce摻雜濃度的增加，發(fā)光峰位置不斷紅移，發(fā)光強度先增強后減弱，最佳的Ce3+摻雜濃度為0.1mol%；熒光衰減時間為納秒級，且隨摻雜濃度的增加而減小。Eu單3+57摻閃爍玻璃在紫外光激發(fā)時主要發(fā)出紅光，源于Eu離子的D0→FJ(J=0,1,2,3,4)躍575遷，其中D0→F2躍遷(615nm)發(fā)射最強，熒光衰
6、減時間為毫秒級；發(fā)光強度和D0→7573+F2與D0→F1躍遷強度的比值隨Eu摻雜濃度的增加先增大而后減弱，在Eu2O3含量I為6mol%時達到最大。3+3+3+3+3+3+3+3+（3）在Tb、Ce或Eu單摻閃爍玻璃中存在Gd→Tb、Gd→Ce和Gd3+3+→Eu的能量傳遞過程，能量傳遞效率隨著稀土離子摻雜濃度的增加而增大；Gd→3+3+3+3+3+Tb的能量傳遞方式為電偶極-電偶極相互作用；而Gd→Ce和Gd→Eu的能量傳遞為電四極-電四極相互作用。3+3+3+（4）在X射線激發(fā)下，Tb、Ce、Eu單摻玻
7、璃樣品均表現(xiàn)出閃爍發(fā)光特性。3+其中，Tb摻雜玻璃樣品表現(xiàn)最佳，Tb2O3含量為6mol%的玻璃樣品的發(fā)光強度達到3+BGO晶體的4.9倍，積分閃爍效率為BGO晶體的64%；而Ce摻雜玻璃樣品表現(xiàn)最3+差，積分閃爍效率最高僅為BGO晶體的6.5%；Eu單摻玻璃樣品的積分閃爍效率最3+高為BGO晶體的32.4%。相比之下，Tb摻雜玻璃樣品更適合于X射線探測，可應(yīng)用于工業(yè)無損檢測和醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域。3+-3+（5）在Tb摻雜閃爍玻璃中，玻璃組成中的F離子濃度的增加使Tb離子的發(fā)光強度有所增強，但會降低玻璃的密度；較
8、高的F-離子濃度會使玻璃在澆注過程中出3+現(xiàn)表面析晶現(xiàn)象，影響光纖的拉制。Gd濃度的增加可以有效提高玻璃的密度，并通3+3+過能量傳遞增強Tb離子的熒光發(fā)射，但濃度過高會降低Tb離子的發(fā)光強度，最佳的Gd2O3含量為6mol%。3+3+3+3+（6）在Tb摻雜閃爍玻璃中引入Ce離子能夠通過Ce→Tb的能量傳遞敏化3+3+增強Tb離子的發(fā)光；在X射線激發(fā)下，最佳Ce摻雜濃度為0.4mol%，此時相對于
