BaGd2O4:Eu3+闪烁体余辉特性有效调控的研究
批准号:
11465010
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
53.0 万元
负责人:
孙心瑗
依托单位:
学科分类:
粒子探测技术
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋达国、王文峰、肖芬、周身林、李宇农、杨庆梅、冯昂、郑丽华
中文摘要
高密度闪烁体在高能物理工程、核医学成像、国家安全及国际反恐等高科技领域中都获得了成功的应用,但激活剂浓度偏低、大尺寸晶体生长困难且成本昂贵、余辉特性存在等实际问题限制了高密度闪烁体的进一步推广应用。为解决实用闪烁体余辉特性有效调控这一科学问题,本项目以较为廉价的BaO-Gd2O3二元系为基础,采用高温固相法合成具备自主知识产权的高密度BaGd2O4:Eu3+闪烁体,通过异价离子共掺和同价离子替代等方法调控BaGd2O4:Eu3+闪烁体的微结构进而有效调节其余辉特性,借助现代材料科学表征手段及固体发光理论系统研究BaGd2O4:Eu3+闪烁体微结构及其发光性能(尤其是余辉特性)间的相互关联,运用Judd-Ofelt理论评价BaGd2O4基质中局域环境与Eu3+的相互作用机制,重点构建闪烁材料余辉特性有效调控的物理模型,为丰富和发展新型高效闪烁材料提供关键性的实验参数和理论依据。
英文摘要
Dense scintillating materials have been sucessfully applied in various high-level scientific fieds such as high energy physics engineering, nuclear medical image, nation safeguard and international antiterrist activity. Some practical problems including low concentration of dopant activators, difficulty in growing large-dimension crystals with expensive cost,and the troublesome afterglow characteristics have inhibited extensive application of the developed scintillating materials. To control effectively the afterglow characteristics of practical scintillators, dense BaGd2O4:Eu3+ scintilating phosphors with self-owned intellectual property will be designed and developed by relatively enconimic and desne BaO-Gd2O3 binary system, and their microstructure will be tuned by alivolant ion codoping and isovalent ion substitution methods. The correlation between micrstructure and optical performances (especially in afterglow characteristics) will be systematically revealed by modern characterization technologies of material science and luminensece theory. The interaction mechanism between the local enviromental of BaGd2O4 host material and the luminescent Eu3+ ions will be evaluated by the famous Judd-Ofelt theroy, and the corresponding physics model on the controlled afterglow charactersitcs of scintillating materials is finally constructed. The obtained valuable resutls will be a instructive guidance to the enrichment and development of nonvel scintillating materilas in both experiment designing and theory improvement.
本项目按照同价离子取代(如通过Pr3+、Y3+或Bi3+取代Gd3+;Sr2+取代Ba2+)、或异价离子共掺(如Na+、Li+同时取代Ba2+和Gd3+)、或外掺助溶剂(如H3BO3等)等研究方案来调控BaGd2O4:Eu3+闪烁荧光粉的结构及其发光性能,尤其是在改善发光强度及调控余辉方面取得了重要成果,较好地完成了预期研究目标。.(1)获得了一步固相反应法和两步固相反应法合成BaGd2O4:Eu3+闪烁荧光粉的关键技术。二步固相反应法将高温1300 °C煅烧时间从一步法所需600 min缩短为240 min,对于节能绿色生产具有重要意义。.(2)0.1 mol% Pr3+共掺BaGd2O4:Eu3+荧光粉可将其余辉控制到未掺杂Pr3+时54.08%。但1 mol% Pr3+共掺BaGd2O4:Eu3+荧光粉的XEL发光强度仅为未掺杂时7%左右,故优化闪烁体性能时需在余辉与光产量间寻找平衡。.(3)BaGd2O4:Eu3+闪烁荧光粉XEL强度随Y3+替代Gd3+含量增加而显著增强,完全替代(x=1.8)与未替代(x =0.0)时相比,其发光强度增大了约10倍。而紫外激发时光致发光强度增强不到1.5倍。.(4)BaGd2O4:Eu3+闪烁荧光粉的XEL强度随Sr2+替代Ba2+含量逐渐替代而变化显著,发光强度最大值出现在x=0.4和x=0.6的荧光粉,比未替代(x=0.0)时发光强度增强了约20倍。此外,通过60 mol%的Sr2+替代时,余辉中较短成分从22.66 ns缩减到19.22 ns,但较长成分有所延长。.(5)Na+共掺BaGd2O4:Eu3+闪烁荧光粉,Na+最佳浓度为y=0.125,相应发光强度增强了~30%,发光增强在于Na+替代BaGd2O4基质而产生新的缺陷(缺陷簇)与其助熔剂效应相互制约的结果。.(6)Eu3+/Dy3+共掺SrGd2O4荧光粉中,Dy3+能够将吸收的能量通过电偶极-电四极相互作用有效地传递给Eu3+,从而增强其光致发光性能。在X射线激发下,XEL发光强度也增强了约2倍。.(7)研发出密度超过7.0 g/cm3硼锗碲酸盐闪烁玻璃,其XEL积分发射强度约为33.71% BGO,衰减时间为1.776 ms。发现Al2O3在空气中合成无色透明的Ce3+激活硼硅酸盐闪烁玻璃的重要作用,并研究了SiC和石墨粉的协同还原效应对其发光性能影响
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Luminescent properties and energy transfer of Ce3+-activated Li2O-B2O3-Gd2O3 scintillating glasses under VUV-UV and X-ray excitation
Ce3激活Li2O-B2O3-Gd2O3闪烁玻璃在VUV-UV和X射线激发下的发光特性和能量传递
DOI:
10.1016/j.nimb.2015.03.041
发表时间:
2015-05
期刊:
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B
影响因子:
--
作者:
[Xin-Yuan Sun, Pan Gao, Shuai Wu, Hong-Shu Wu, Qiang-Lin Hu, Xiang Zhang, Yan Huang, Ye Tao]
通讯作者:
Ye Tao
Role of minor quantity of Si3N4 addition on the optical properties of Ce3+-activated borogermanate scintillating glass
少量Si3N4添加对Ce3激活硼锗酸盐闪烁玻璃光学性能的影响
DOI:
10.1364/ome.5.001381
发表时间:
2015
期刊:
Optical Materials Express
影响因子:
2.8
作者:
[Sun Xin-Yuan, Ye Zi-Piao, Wu Yun-Tao, Xiao Zhuo-Hao, Gao Pan, Mao Ri-Hua, Zhang Zhi-Jun, Zhao Jing-Tai]
通讯作者:
Zhao Jing-Tai
DOI:
10.1016/j.jnoncrysol.2014.08.020
发表时间:
2014-11
期刊:
Journal of Non-crystalline Solids
影响因子:
3.5
作者:
[Xinyuan Sun;Xiang Zhang;Haohong Chen;Q. Hu;Wen-feng Wang;Zhi-Jun Zhang;Jingtai Zhao]
通讯作者:
Xinyuan Sun;Xiang Zhang;Haohong Chen;Q. Hu;Wen-feng Wang;Zhi-Jun Zhang;Jingtai Zhao
Luminescence, energy transfer properties of Tb3+/Gd3+-coactivated oxyfluoride borogermanate scintillating glasses
Tb3/Gd3共激活氟硼锗酸盐闪烁玻璃的发光、能量传输性能
DOI:
10.1016/j.jlumin.2015.04.021
发表时间:
2015-09
期刊:
Journal of Luminescence
影响因子:
3.6
作者:
[Xin-Yuan Sun, Qing-Mei Yang, Pan Gao, Hong-Shu Wu, Peng Xie]
通讯作者:
Peng Xie
Superdense Tb3 -activated borogermanate-tellurite scintillating glasses
超致密Tb3激活硼锗酸盐-碲酸盐闪烁玻璃
DOI:
10.1111/jace.16128
发表时间:
2019
期刊:
Journal of the American Ceramic Society
影响因子:
3.9
作者:
[Sun Xin Yuan, Wen Zhuo Xing, Liu Xiu Jian, Hu Qiang Lin, Yang Qing Mei, Kang Zhitao]
通讯作者:
Kang Zhitao
共 24 条
核探测用Ce3+掺杂纯钆基硼硅酸盐玻璃的制备及闪烁性能调控研究
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批准号:52472001
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.00万元
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批准年份:2024
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负责人:孙心瑗
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依托单位:
超高密度Ce3+激活硼锗碲酸盐闪烁玻璃制备及其发光性能研究
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批准号:12065010
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2020
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负责人:孙心瑗
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依托单位:
铈激活硼硅酸盐闪烁玻璃的空气中合成及其闪烁性能研究
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批准号:11765009
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:43.0万元
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批准年份:2017
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负责人:孙心瑗
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依托单位:
富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁微晶玻璃的合成及其闪烁机理研究
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批准号:11165010
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2011
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负责人:孙心瑗
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依托单位:
国内基金
海外基金