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摘要:立方结构的Y2O3材料无双折射效应,有利于透明陶瓷的制备,Y2O3陶瓷的光学透明性范围较宽,声子能量较低,易实现稀土离子的掺杂.同时,Y2O3材料具有优异的物理化学性能,有利于材料的实际应用.经研究,Y2O3透明陶瓷在高温窗口、红外头罩、闪烁、激光等众多领域有着巨大的商业应用价值.重点介绍Y2O3透明陶瓷和稀土掺杂的Y2O3透明陶瓷的制备工艺进展,对Y2O3材料在高温窗口、闪烁、激光应用等领域前景做出评估....
摘要:高密度的Lu2 O3:Eu陶瓷在X射线激发下可以观察出极强的红光发射,显示了该陶瓷在X射线探测成像领域有着巨大的应用前景;通过Gd共掺得到(Lu,Gd)2 O3:Eu透明陶瓷可以改善Lu2 O3:Eu透明闪烁陶瓷光谱性能,该文对两种陶瓷的多种性能进行对比,同时介绍了已经商用的(Y,Gd)2 O3:Eu,Pr、GOS、GGG陶瓷的闪烁性能;阐述了单一组分的闪烁陶瓷性能单一,不能满足应用条件,多组分的闪烁陶瓷将会成为研究的热点....
[硕士论文] 解伟峰
材料化学工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:闪烁材料是一类可以将高能射线或离子转化成紫外-可见光的发光材料,在探测、原子核物理、医学成像等领域发挥重要的作用。在闪烁材料的研发和应用过程中,具有高密度、高光输出、快衰减以及高抗辐照强度等性能的闪烁材料一直受到研究人员的欢迎。其中基于镥基有极高密度和有效原子序数的闪烁材料就成为研究人员材料开发的热点,多种含镥元素的石榴石体系的闪烁材料已被商业化应用。此外,具有高光产额的闪烁材料在实际应用中更有优势,能量分辨率更高,成像更加的清晰。2002年,具有这两者优异性能的Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷被研究人员A Lempicki等提出来,研究报道中,Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷用于X射线成像,Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷较单晶更加经济,比起X射线粉体屏有着更高的密度,更有利于获得清晰的图像。国外关于Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷的制备与性能研究被陆续的报道出来,随后,对Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷的研究从单组分转向多组分,即Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷,Z.M.Seeley等和Rétot Hé1ène等报道多组分的Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷具有更高的光输出和较低的余辉,但是,高光学质量的单组分Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷和多组分Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷的制备较难,以及材料多种性能尚未研究清楚,这些都限制这类材料的应用。
  国内对于Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷和多组分Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷研究较少,大多仅限于粉体的研究,在透明陶瓷的制备技术上略低于国外大型公司、研究机构,缺乏优异光学性能的陶瓷的同时,也使得国内研究人员对于这类闪烁陶瓷的性能认识不足。本课题在深入调研此类闪烁材料的发展后,提出研究制备Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷和多组分Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷的工艺路径,并在此之上,进一步研究所制备闪烁陶瓷的多种性能。本论文可以分为以下三个部分。
  论文第一部分:多组分的闪烁陶瓷制备较难,因此本实验采用先探索单组分的Eu∶LmO3闪烁陶瓷制备工艺,在此基础上将Gd离子引入Eu∶Lu2O3体系中合成得到多组分的闪烁陶瓷。制备高光学质量的透明陶瓷就要解决两个关键性问题,第一是适宜活性的原料粉体;第二是合适的烧结工艺以及工艺参数。本论文是采用自制陶瓷粉体原料,再结合真空烧结制备高光学质量的透明闪烁陶瓷。研究了沉淀剂NH4HCO3/金属离子的比值对前驱体、煅烧后的粉体的化学成分以及微观形貌等影响,结果表明不同比值下制备的前驱体在化学成分和微观形貌上相似,对于煅烧后粉体的微观形貌以及晶粒尺寸影响较大;研究了前驱体的煅烧温度对合成粉体的影响,研究结果表明随着煅烧温度的升高,粉体的结晶性变好,当达到1100℃时,粉体具有最优的分散性,平均晶粒尺寸约为68nm;研究了NH4HCO3/金属离子的比值、真空烧结温度对陶瓷光学质量、显微结构的影响,结果表明比值为4.0时,陶瓷有着最高的透过率,真空温度为1600-1850℃,经测试真空温度为1825℃时,陶瓷的透过率最高。
  论文的第二部分:退火有利于改善陶瓷的性能。对实验中制备的高透过率的Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷退火前后的性能进行研究。退火后陶瓷的光学透过率降低,原因是退火后陶瓷内部的显微气孔发生了膨胀,通过吸收光谱测试,发现退火后出现间隙氧(O")的吸收,表明退火过程生成了O",在空气中退火消除了氧空位等缺陷,有利于提高光致激发、辐射激发强度以及材料的光输出,对比测定Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷的光输出为BGO的10倍。在优化透明陶瓷制备路径之后,制备了不同Eu浓度掺杂的Lu2O3透明闪烁陶瓷,研究了浓度系列样品的晶体结构、光谱性能、光致发光的激发机制以及辐射激发机制,研究结果表明,随着Eu离子的浓度增加,Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷的晶胞常数增加,系列样品的都为立方结构,光致发光的激发机制和Eu离子的浓度无关,光致发光和辐射发光强度都是随着Eu离子浓度增加强度先增加后下降,超过3at%Eu浓度时,会发生浓度猝灭。
  论文的第三部分:在制备单组分Eu∶Lu2O3闪烁陶瓷的基础上,成功制备出较高光学质量的多组分Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷。研究了真空烧结温度对Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷透过率的影响,同时把单组分陶瓷与多组分陶瓷进行对比研究,结果表明Gd离子存在能量吸收,多组分的陶瓷的荧光时间减小,光致发光强度和辐射发光强度均增强,通过对辐射发光曲线进行积分处理,结果表明多组分Eu∶(Lu,Gd)2O3闪烁陶瓷光输出是BGO的30倍。
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