闪烁体材料 的制备及光谱性质 BPO Ce ( = Ca, Sr, Ba)
有机单晶闪烁体的制备及其 x 射线探测和成像应用
有机单晶闪烁体的制备及其 x 射线探测和成像应用
有机单晶闪烁体的制备一般是在高温高压条件下，将黄色粉末溶解在对二甲苯中，制得50～80℃条件下的饱和溶液，然后将9,10-二苯基蒽微小单晶放入一模具中，将模具放入饱和溶液中并使模具内充满饱和溶液。
在50～80℃条件下，采用梯度降温法，得到9,10-二苯基蒽有机单晶闪烁体。
这种有机单晶闪烁体在被X射线辐照后可以发光，且发光强度随X射线剂量呈线性变化。
因此，它可以被用于X射线的定量检测及生物和工业成像。
同时，这种闪烁体具有分辨率高、衰减时间短、响应速度快、循环性能稳定等优点。
以上信息仅供参考，建议咨询专业人士获取更准确的信息。
闪烁晶体材料的研究进展
闪烁晶体材料的研究进展一、本文概述随着科技的飞速发展和人类对物质世界认识的深入，闪烁晶体材料作为一种独特的功能材料，其在诸多领域的应用潜力逐渐显现。
闪烁晶体材料，因其具有将高能辐射转化为可见光的能力，被广泛应用于核物理、高能物理、医学成像、安全检查等领域。
本文旨在全面综述近年来闪烁晶体材料的研究进展，包括其制备技术、性能优化、应用领域等方面的最新成果和发展趋势。
通过对这些内容的梳理和分析，期望能够为相关领域的科研工作者和从业人员提供有价值的参考信息，推动闪烁晶体材料的研究和应用取得更大的突破。
二、闪烁晶体材料的基本性质闪烁晶体材料是一类具有独特光学性质的材料，它们能够在高能粒子的作用下发出闪烁光。
这种闪烁光可以被光电倍增管等光电探测器所接收，从而实现对高能粒子的探测和成像。
闪烁晶体材料的基本性质主要包括以下几个方面：高发光效率：闪烁晶体在高能粒子作用下，能够将吸收的能量高效地转化为可见光，这是闪烁晶体作为探测器材料的基础。
发光效率的高低直接决定了探测器的灵敏度和成像质量。
快速响应：闪烁晶体应具有快速的发光响应速度，以便在高能粒子通过后能够迅速发出闪烁光。
这对于实现高速、高分辨率的粒子探测至关重要。
高辐射硬度：由于闪烁晶体在工作过程中需要承受大量的高能粒子轰击，因此要求其具有高的辐射硬度，即能够在长时间、高强度的辐射环境下保持稳定的性能。
良好的光学性能：闪烁晶体应具有高的透光性，以便让尽可能多的闪烁光从晶体中逸出并被探测器接收。
同时，晶体还应具有均匀的折射率，以避免光在传播过程中出现折射和散射。
易于加工和封装：为了满足实际应用的需求，闪烁晶体材料应易于加工成各种形状和尺寸，并能够方便地与其他光学元件和探测器集成。
晶体还应具有良好的化学稳定性和热稳定性，以确保在封装和使用过程中不会发生性能退化。
闪烁晶体材料的基本性质涵盖了发光效率、响应速度、辐射硬度、光学性能以及加工和封装等方面。
这些性质共同决定了闪烁晶体在粒子探测和成像领域的应用潜力。
闪烁晶体原理
闪烁晶体原理
闪烁晶体是一种具有闪烁特性的材料，其闪烁原理可通过下述过程来解释。
从能级角度来看，闪烁晶体的原子或分子通常存在于一个较低的基态能级。
当闪烁晶体受到外部激发能量（例如光或射线能量）的作用时，一些原子或分子中的电子会吸收能量，跃迁到一个较高的激发态能级。
在电子处于激发态时，它们具有更高的能量。
然而，这种能量是不稳定的，电子会迅速返回到较低的基态能级。
在此过程中，电子释放出多余的能量，该能量以光的形式散发出去，形成可见光谱中的光子。
这些散发出的光子会导致闪烁晶体发光。
发光的颜色和强度取决于晶体的材料以及激发能量的大小。
当激发能量达到一定的阈值时，闪烁晶体会发出明亮的闪烁光。
总体而言，闪烁晶体原理可以概括为：外部激发能量使原子或分子电子跃迁到激发态能级，然后电子迅速返回到基态能级并释放出多余能量，形成可见光谱中的光子，最终导致晶体发光闪烁的现象。
钙钛矿闪烁体材料激发光谱
钙钛矿闪烁体材料激发光谱
钙钛矿（perovskite）闪烁体材料在被激发时会产生发光现象。
这种材料的激发光谱取决于其化学组成和晶体结构。
一般来说，钙钛矿材料在紫外光至可见光范围内都有吸收光谱。
在光谱图上，钙钛矿材料的激发光谱通常显示为一个或多个峰，这些峰对应于材料在特定波长的光激发下产生的发光。
这些峰的位置和强度可以通过测量材料的荧光光谱来确定。
其中比较常见的一种钙钛矿是氯化铅钙钛矿（PbCaTiO3），
其激发光谱显示在近紫外光到可见光范围内存在一个主要的强峰。
而其它钙钛矿材料具体的激发光谱则需要根据具体的化学组成和晶体结构来确定。
钙钛矿材料的激发光谱研究可以帮助我们理解该材料的能级结构和光物理性质，在发展钙钛矿光电子和光器件方面具有重要意义。
二价铕硫化物近红外闪烁体及其制备方法
二价铕硫化物近红外闪烁体及其制备方法是一种涉及材料科学和化学领域的创新技术。
这种闪烁体是晶体材料，其化学式为Eu3SiS4Te，晶胞参数为：α=β=γ=90°，空间群为Cmcm。
制备这种二价铕硫化物近红外闪烁体的方法包括以下步骤：将氧化铕、硅粉、硫粉、硼粉、碲粉和过量的助熔剂混合，研磨后，真空下密封，再于850～950℃下煅烧，使得原料发生反应。
反应结束后，得到产物Eu3SiS4Te。
这种二价铕硫化物近红外闪烁体具有优异的抗辐照和湿度稳定性。
以上信息仅供参考，建议查阅专业化学书籍或咨询专业人士获取更全面和准确的信息。
gos闪烁体的加工流程
gos闪烁体的加工流程GOS闪烁体是一种常见的光学材料，其加工流程十分重要。
下面将详细介绍GOS闪烁体的加工流程，以及其中的一些关键步骤。
在GOS闪烁体的加工过程中，最关键的一步是原料的选择。
GOS闪烁体的主要原料是硫化镉和氧化锌。
这两种化合物需要经过严格的筛选和质检，确保其纯度和质量符合要求。
原料的选择对最终产品的性能有着至关重要的影响。
接下来，将选好的原料进行混合。
混合的目的是将硫化镉和氧化锌按照一定比例混合在一起，形成均匀的材料。
混合过程需要使用特殊的设备，以确保原料能够充分混合，并且不产生任何杂质。
混合完成后，需要将混合好的原料进行热压成型。
热压成型是将原料放入模具中，在一定的温度和压力下进行加热和压制，使其形成固体块状。
这个过程需要严格控制温度和压力的参数，以确保最终产品具有良好的结晶性和致密度。
热压成型完成后，需要对成型块进行切割和研磨。
切割是将成型块按照一定的尺寸进行切割，以满足不同应用领域的需求。
研磨是对切割好的样品进行表面处理，使其表面光滑，并且去除可能存在的缺陷和杂质。
需要对切割和研磨好的样品进行检验。
检验的目的是确保产品的质量和性能符合要求。
检验的内容包括检查样品的尺寸和外观是否合格，以及使用特定的仪器和设备测试样品的光学性能和发光性能。
GOS闪烁体的加工流程包括原料选择、混合、热压成型、切割和研磨、以及最后的检验。
每个步骤都非常重要，需要严格控制和操作，以确保最终产品的质量和性能符合要求。
通过这些加工步骤，可以制备出高质量的GOS闪烁体，广泛应用于核物理、生物医学等领域。
中子闪烁体材料
中子闪烁体材料中子闪烁体是一种能检测和测量中子的材料。
它利用中子与材料中的原子核发生核反应时释放出的能量激发闪烁效应，进而产生光信号。
中子闪烁体在核物理、核能、辐射测量以及核医学等领域中具有重要的应用。
中子闪烁体材料的选择很关键，它需要满足以下几个要求：高中子捕获截面、高反应效率、良好的闪烁性能、稳定的性能和较长的使用寿命。
通常情况下，中子闪烁体材料可以分为无机和有机两大类。
无机中子闪烁体材料主要包括：铁锂辉石（LiCaAlF6）、密度改性的液体闪烁体、溴化铯（CsBr）、溴化钾（KBr）等。
铁锂辉石是一种热释光红外读出型的中子闪烁体材料，其具有良好的抗辐照性能、高闪烁效率和较长的寿命。
密度改性的液体闪烁体是一种基于含有同位素的有机溶液，其具有较高的闪烁效率和较短的响应时间。
溴化铯和溴化钾则是无机晶体材料，具有高中子捕获截面和较高的反应效率。
有机中子闪烁体材料主要包括：液体闪烁体、塑料闪烁体和聚合物闪烁体等。
液体闪烁体是由有机溶剂加入荧光染料和增塑剂组成的，其中最常用的是芳香烃和氯化芳香烃。
液体闪烁体具有良好的能量转移效率和较高的闪烁效率。
塑料闪烁体主要是指聚苯乙烯（PS）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等塑料材料，其具有较高的闪烁效率和较长的使用寿命。
聚合物闪烁体是一种由有机分子构成的材料，如聚苯胺（PANI）、聚氨酯（PU）等。
中子闪烁体材料的性能与其组分、结构有关。
一方面，组分的选择可以通过调控材料的能带结构和电子状态来改变中子与材料之间的相互作用，进而影响到材料的中子捕获截面和光输出性能。
另一方面，材料的结构也会影响闪烁效果，如晶型、晶格缺陷等都会对闪烁性能产生影响。
目前，中子闪烁体材料的研究与开发主要集中在提高闪烁效率、提高稳定性和减小响应时间上。
研究人员通过调控材料的组分和结构，寻找更具优异性能的中子闪烁体材料。
此外，也可以利用通过改变材料的形态和尺寸，如晶体形态和纳米结构等，来进一步优化其性能。
闪烁体原理
闪烁体原理闪烁体原理是一种利用物质在受激射流的作用下发生闪烁现象的物理原理。
闪烁体是一种能够在受到激发后产生瞬时亮光的物质，它在核物理、粒子物理、辐射探测等领域有着重要的应用价值。
本文将从闪烁体的基本原理、结构特点以及应用领域等方面进行介绍。
闪烁体的基本原理是指当高能粒子或高能光子穿过闪烁体时，闪烁体中的原子或分子受到激发，产生电子激发态。
这些激发态的电子会在短时间内退激发并释放出能量，导致闪烁体产生瞬时的亮光。
这种亮光的产生是由于电子激发态退激发时释放出的能量激发了闪烁体中的荧光物质，使其发生荧光，从而产生可见光。
闪烁体通常由闪烁材料、光电倍增管、信号处理电路等部分组成。
闪烁材料是闪烁体的核心部分，它能够有效地将入射粒子的能量转化为光信号。
光电倍增管是用来接收和放大闪烁体产生的光信号的装置，它能够将微弱的光信号转化为电信号，并进行放大。
信号处理电路则用来处理和记录光电倍增管输出的电信号，从而得到入射粒子的能量信息。
闪烁体原理在核物理实验、粒子物理实验以及辐射探测等领域有着广泛的应用。
在核物理实验中，闪烁体被用来检测中子、γ射线等粒子的能量和轨迹信息。
在粒子物理实验中，闪烁体被用来检测高能粒子的能量和轨迹信息，从而研究粒子的性质和相互作用。
在辐射探测领域，闪烁体被用来检测地下水、矿藏、核废料等物质的辐射水平，从而实现对这些物质的监测和分析。
总之，闪烁体原理是一种重要的物理原理，它在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。
通过对闪烁体原理的深入理解和研究，可以推动核物理、粒子物理、辐射探测等领域的发展，为人类社会的进步做出贡献。
希望本文对闪烁体原理有所帮助，谢谢阅读！。
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第26卷 第2期2005年4月发 光 学 报CH I N ESE JOURNAL OF LU M I N ES CE NCEVol 126No 12Apr .,2005文章编号:100027032(2005)022*******闪烁体材料M BP O 5∶Ce (M =Ca,Sr,Ba)的制备及光谱性质曲广媛1,2,董 宁2,郭 海2,尹 民1,23,张慰萍1,2(11中国科学技术大学结构分析重点实验室,安徽合肥 230026;21中国科学技术大学物理系,安徽合肥 230026)摘要:报道了Ce 3+掺杂的碱土金属硼磷酸盐的制备、结构和光谱性质。
在助熔剂的作用下,用高温固相反应法制备了M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )样品,并在还原气氛下成功地实现了Ce 3+的掺杂。
用X 射线衍射(XRD )和傅里叶红外吸收谱(FT ΟI R s pectra )表征了样品的结构。
X 射线衍射结果表明,产物为六方相的菱硼硅铈矿(Still w ellite )结构。
FT ΟI R s pectra 给出了BO 4、P O 4等基团的信息。
测量并分析了材料在室温下的真空紫外2紫外(VUV 2UV )激发光谱及相应的发射光谱。
在紫外光的激发下,观察到Ce 3+的5d →2F J (J =7/2,5/2)的发射,分析了基质晶格对Ce 3+的激发和发射谱的影响,并测量了BaBP O 5基质中Ce 3+的发光寿命。
关 键 词:闪烁体;硼磷酸盐;Ce 3+中图分类号:O431 PACC :3250F;2940 文献标识码:A 收稿日期:2004208225;修订日期:2004212226 基金项目:国家“863”计划(2002AA324070);国家自然科学基金(50332050)资助项目 作者简介:曲广媛(1981-),女,山东烟台人,硕士研究生,主要从事稀土闪烁体的研究。
E 2mail:ququ@mail .ustc .edu .cn 3:通讯联系人;E 2mail:yinm in@ustc .edu .cn,Tel:(0551)3607412,Fax:(0551)36074171 引 言近年来,核医学成像技术对于疾病的诊断正在起着越来越大的作用,其快速发展大大促进了医用闪烁体的研究和应用。
由于医学成像时要尽量降低辐射对人体的损害,需要进一步提高探测器的探测效率。
这就要求新的医用闪烁体具有以下特点:高效率、高密度、快发光成分、抗辐照能力强及低成本[1～3]。
硼酸盐、磷酸盐进而硼磷酸盐的结构与目前国外研究的热点硅酸盐和铝酸盐有很多相似之处,可以作为闪烁发光材料的基质。
硼磷酸盐中磷与氧以P O 4四面体结构配位,硼与氧也以四面体BO 4结构配位,同时中心离子的选择可以导致不同配位环境的产生,从而产生丰富的结构变化和性质变化,为形成新的闪烁发光性质提供更多的机会[4]。
稀土离子中,Ce 3+的主要发光为5d →4f 能级的跃迁,由于5d →4f 跃迁是电偶极允许的跃迁,因此其发光效率很高,发光的衰减时间也很短(ns 级别),可以满足新型闪烁体材料对快发光衰减的需求[5]。
考虑到碱土金属离子与稀土离子类似,在各种无机盐中一般都具有高于6的配位数,以碱土化合物为基质可以比较容易地实现稀土离子的掺杂,因此选取Ce 3+掺杂的碱土金属硼磷酸盐作为我们的研究对象。
目前对硼磷酸盐发光粉的研究主要集中在稀土荧光灯和P DP (等离子体显示屏)的应用上[6～8],在作为闪烁体材料应用方面也有少量探索[9]。
由于Ce 3+离子的5d 激发态缺少外层电子的屏蔽,易受晶场的影响,发光性质与晶体的结构、阳离子电负性、配位阴离子性质有很大的关系,研究不同基质对Ce 3+离子掺杂的影响是非常有意义的。
本文着重比较Ce 3+离子掺杂的M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )的VUV 2UV 激发光谱以及发射谱,研究了基质对发光性质的影响及原因,同时测量了Ba BP O 5∶Ce 3+的发光寿命。
2 实 验碱土金属硼磷酸盐M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )是采用高温固相反应法制备的。
原料为化学计量比的分析纯M CO 3、H 3BO 3、NH 4H 2P O 4,并且加入了一定量的助熔剂。
反应混合物充分研磨后首先200 发 光 学 报第26卷在400℃下分解2h,重新研磨后分别在800℃(M =Sr ),900°C (M =Ca )以及1000℃(M =Ba )下加热3h 得到M BP O 5。
原料中加入适量Ce (NO 2)3・6H 2O 以及纯度为99.999%的Ge O 2,在还原气氛下,按照上述步骤进行反应,成功地实现了Ce 3+离子的掺杂。
用去离子水、稀硝酸冲洗样品,在90℃烘干后再研磨,就得到了实验用的样品。
用MAC Science 公司的MXP18AHF X 射线衍射仪分析了样品的结构;用N icolet 公司的M agna 2I R 750红外光谱仪测量了样品的红外吸收谱(FT 2I R );在合肥同步辐射实验室的VUV 光谱实验站测量了样品的VUV 2UV 激发光谱,用Jobin 2Yvon 公司的Fluor o Log Tau 23测量了发射光谱及Ba BP O 5∶Ce 3+样品的发光寿命。
所有实验都是在室温下进行的。
3 结果与讨论图1是M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )三种样品的X 射线衍射图与对应的JCP DS 卡片资料。
X 射线衍射结果表明,生成产物均为单一的六方相菱硼硅铈矿结构,衍射数据分别与JCP DS Card No .1820283(Ca BP O 5)、No .1821270(Sr BP O 5)、No .8924624(Ba BP O 5)吻合。
图1 M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )的XRD 图与JCP DS 卡片数据Fig .1 XRD patterns of M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba ). 利用傅里叶红外吸收技术进一步对三种样品的结构进行了表征,图2为样品的傅里叶红外吸收谱(FT ΟI R s pectra )。
图中3460c m -1和1640c m -1左右的吸收峰分别对应于O —H 键的伸缩振动和变形振动;1200～650c m -1的高频带为正四面体基团P O 4和BO 4的价键振动,而650～360c m -1为弯曲振动[4,10],具体的指认见表1。
FT 2I R谱给出了BO 4、P O 4等基团的信息,表明样品中B 原子和P 原子是以正四面体BO 4、P O 4形式与O 原子结合的。
图2 M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba )的傅里叶红外吸收谱Fig .2 FT ΟI R s pectra of M BP O 5(M =Ca,Sr,Ba ). 第2期曲广媛,等:闪烁体材料M BP O5∶Ce(M=Ca,Sr,Ba)的制备及光谱性质201表1 M BPO5(M=Ca,Sr,Ba)的傅里叶红外吸收谱(FTΟIR)数据分析Table1 FT2I R s pectra analysis of M BP O5(M=Ca,Sr,Ba).Ca BP O5Sr BP O5Ba BP O5120712091196υ3(P O4)+υ3(BO4)11091097υ3(P O4) 106510451026υ3(BO4)976978968υ3(P O4)+υ3(BO4)908901889υ3(BO4)+υ1(P O4)849866854υ3(BO4)795816808748756748υ1(BO4)+υ3(BO4)671658654υ1(BO4)584υ4(P O4)629619615υ4(BO4)559561548υ4(P O4)517525519υ4(P O4)484472463υ2(BO4)+υ2(P O4)434405420υ3Ca-O 图3给出了室温下监测Ce3+位于323n m的发射时,样品M BP O5∶Ce(M=Sr,Ca,Ba)的真空紫外Ο紫外激发光谱。
从图中可以看到,Ce3+的激发峰主要包括6组,分别以A、B、C、D、E和H表示。
Ce3+离子的激发态5d电子能级由于缺少外层电子的屏蔽,受晶场影响较大,在不同的晶场影响下可分裂为2～5组能级。
在M BP O5中Ce3+离子的格位对称性很低(C2)[4],其5个d轨道简并完全解除,我们看到的A、B、C、D、E5个激发峰对应的是Ce3+离子在M BP O5中晶体场劈裂后的5个d轨道;而更高位置(150n m)的激发峰H则对应M BP O5的基质吸收。
Ce3+在M BP O5中的激发峰光谱数据如表2所示。
图3 室温下样品M0.95Ce0.05BP0.95Ge0.05O5(M=Ca,Sr, Ba)的VUV2UV激发光谱Fig.3 VUV2UV excitati on s pectra of M0.95Ce0.05BP0.952 Ge0.05O5at r oom te mperature.表2 M BP O5∶Ce(M=Ca,Sr,Ba)中Ce3+的d轨道能级Table2 The5dΟlevels of Ce3+in M BP O5∶Ce(M=Ca,Sr,Ba).样品基质吸收带(n m)最高d轨道(n m)第二d轨道(n m)第三d轨道(n m)第四d轨道(n m)最低d轨道(nm)5d轨道能级重心(c m-1)5d轨道晶体场劈裂(c m-1)Ca BP O5∶Ce1521762152402582814386921231 Sr BP O5∶Ce1541772152392582744402120001 Ba BP O5∶Ce1551782142372562754410619816 由表2可见,M BP O5中Ce3+离子的5d轨道重心(～44000c m-1)较一般氧化物基质(～35000c m-1)[11]要高很多,这是由于M BP O5中M2+离子占据10配位的C2格位,Ce3+离子进入M BP O5中后,由于M BP O5中所有的O原子都以BO4或P O4的四面体形式与B原子和P原子结合,导致Ce—O 键的共价性降低,电子云膨胀效应减小,导致其5d 轨道能级重心较高。
比较3种不同碱土金属离子基质可见,Ce3+离子的5d轨道能级重心按照Ba、Sr、Ca的顺序依次降低,而晶场劈裂能的大小却相反。
由于离子半径Ba2+>Sr2+>Ca2+,当Ce3+进入M2+格位时,3种基质中,Ba BP O5中的Ce—O键长最大,因而共价性最小,电子云膨胀效应最小,从而能级重心最高,其次为Sr BP O5,Ca BP O5中能级重心最低。