lexsyg释光探测器 ||在材料表征科研领域应用分享(一)
新型富硼酸硼硅酸盐玻璃发光性能突破:Ce³⁺发光机制与Lexsyg仪器的关键作用
文章来源:https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.06.022
在核辐射探测领域,高性能闪烁体材料的需求日益增长。近期,Clemson大学材料科学与工程团队在《Journal of Non-Crystalline Solids》发表了一项重要研究,首-次系统探索了高硼含量(B₂O₃:SiO₂=4.83:1至8.75:1)的硼硅酸盐玻璃中Ce³⁺的发光特性,为低成本、高效玻璃闪烁体的开发提供了新方向。
研究亮点与实验设计
1. 材料创新:
团队通过熔融淬火法成功制备了含70 mol% B₂O₃的硼硅酸盐玻璃,并通过调节Li₂O/Na₂O与SiO₂的比例优化玻璃网络结构,实现了低密度(2.12–2.31 g/cm³)与高紫外透明度(截止波长低至326 nm)。
2. 关键仪器支持:
研究中,放射发光(RL)光谱的精确测量借助了Freiberg Instruments lexsyg research,其配备的钨靶X射线管(40 kV/1 mA)与高灵敏度CCD相机,确保了在复杂玻璃体系中准确解析Ce³⁺发光与缺陷发光的贡献。
核心发现
1. Ce³⁺发光特性:
· 在X射线激发下,玻璃表现出显著的Ce³⁺发光(2.7–3.6 eV),其双峰发射源于5d¹→4f(²F₅/₂, ²F₇/₂)跃迁(图1)。
图1. X射线激发下不同玻璃的RL光谱,绿色曲线为Ce³⁺发光峰
· 通过PL激发光谱(图2)进一步验证,Ce³⁺的激发峰位于4.0–4.5 eV,与玻璃基体的低紫外截止波长(<350 nm)高度匹配,减少了自吸收效应。
图2. RL强度与紫外截止波长的负相关性,玻璃#10表现最-优
2. 缺陷发光的识别:
· 利用Lexsyg系统的高分辨率光谱分析,研究团队成功区分了Fe³⁺杂质(1.75 eV)和非桥氧空穴中心(NBOHC, 1.85–1.95 eV)的发光信号,为优化玻璃纯度提供了依据。
3. 性能最-优玻璃#10:
· 含1 mol% Ce₂O₃的玻璃#10(B₂O₃:SiO₂=6.07:1)展现了最-高RL强度(图5),其紫外截止波长仅326 nm,且Ce³⁺发光效率显著优于其他组分,成为潜在的高效闪烁体候选材料。
图3. RL强度与紫外截止波长的负相关性,玻璃#10表现最-优。
结论与展望
本研究通过lexsyg光谱仪的精准测试,揭示了硼硅酸盐玻璃中Ce³⁺发光与缺陷的复杂相互作用(图1-3)。高硼含量玻璃的优异紫外透明度和可调控发光特性,为开发低成本、大尺寸辐射探测玻璃奠定了基础。未来,团队计划进一步优化Ce³⁺的局域配位环境,提升发光效率与响应速度。
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