富含Gd2O3硼锗酸盐闪烁微晶玻璃的合成及其闪烁机理研究

以高能物理和核医学探测所需高密度闪烁材料为应用目标，在优化三元系B2O3-GeO2-Gd2O3玻璃组份基础上，通过引入重金属稀土氧化物、重金属非稀土氟化物等尽可能提高氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃密度，通过现代分析技术系统研究了闪烁玻璃结构及其光学性能间的构效关系。重点研究了硼锗酸盐基质玻璃、稀土离子Gd3+、Tb3+、Eu3+和Ce3+之间的能量传递效率、发光效率与掺杂稀土离子浓度的关系，借助光碱度理论和Judd-Ofelt理论详细分析了玻璃中Eu3+离子的微环境特征。获得了如下结论：.（1）探索出B2O3-GeO2-Gd2O3三元系玻璃的成玻范围，掌握了合成最高密度为6.75 g/cm3氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃的关键性技术，6 mol% Tb2O3掺杂氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃的积分强度约为BGO闪烁晶体的27%。.（2）Judd-Oflet理论分析表明，硼锗酸盐玻璃中Eu-O或Tb-O键的共价性随着玻璃中Tb2O3和Eu2O3掺杂浓度的增加而增强。.（3）确定了Tb3+/ Gd3+共掺（Eu3+/Tb3+）共掺氟氧硼锗酸盐闪烁玻璃中Gd3+Tb3+（Tb3+Eu3+）的能量传递主要以电四-电四极作用为主的能量传递类型，而且其能量传递效率均接近100%。.（4）首次探索出空气中合成Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃的高效方法，其关键是外掺0.31mol% Si3N4物质起了还原作用。.（5）通过碱土氧化相互替代或BaF2部分替代BaO可有效调控Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃的发射峰位及其发光强度。随着BaF2替代量增加，Ce3+激活硼锗酸盐闪烁玻璃的发射峰位显著蓝移，发光强度最多增强约2倍。.（6）对30SiO2-18B2O3-15BaF2-25Lu2O3-10Gd2O3-2Tb2O3氟氧硼硅酸盐玻璃热处理析出了含BaGdF5和BaLu2F8等两种纳米晶的透明微晶玻璃，微晶玻璃XEL发光强度比基质玻璃增强了2.5倍，约为标准闪烁晶体BGO发光强度的74%。还设计合成了53SiO2-10K2CO3-15Al2O3-18KF-4TbF3氟氧硼硅酸盐闪烁玻璃，析出KTb2F7纳米晶进一步降低了基质玻璃声子能，提高了微晶玻璃的发光强度。