lexsyg释光探测器：富硼酸硼硅酸盐玻璃中Ce3+发光的研究

lexsyg释光探测器 | 在材料表征科研领域应用分享

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，系统的探索了高硼含量（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

一、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）。

二、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。

重要发现

一、Ce³⁺发光特性：

在X射线激发下，玻璃表现出明显的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表现优异

二、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。

三、性能优异玻璃#10：

含1 mol% Ce₂O₃的玻璃#10（B₂O₃:SiO₂=6.07:1）展现了高度RL强度（图5），其紫外截止波长只有326 nm，且Ce³⁺发光效率明显优于其他组分，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表现优异。

结论与展望

本研究通过lexsyg光谱仪的精确测试，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。