铽、铈激活含Ba(Gd,Y)F5纳米晶闪烁微晶玻璃的制备和发光机理研究

透明闪烁微晶玻璃兼有闪烁玻璃和闪烁晶体两者优点，是目前一极具发展潜力的新型闪烁材料。本研究以Tb3+激活含BaGdF5和Ce3+激活含BaYF5[以下简称"Tb3+、Ce3+激活含Ba(Gd,Y)F5"]纳米晶的氟硅酸盐闪烁微晶玻璃为研究对象，采用高温熔融法制备技术，通过制备工艺、组分优化、光谱和发光动力学等实验和理论的研究，阐明透明微晶玻璃微结构形成的影响机制和规律，揭示玻璃组分和微结构与发光性能内在联系，研究离子间能量传递机制以及基质与发光中心之间的能量传递过程，阐明其发光机理,为具备良好性能的Tb3+、Ce3+激活含Ba(Gd,Y)F5纳米晶的闪烁微晶玻璃的研制和应用奠定坚实的理论和实验基础。

透明闪烁微晶玻璃兼有玻璃（如易制备）和晶体（如良好的光学性能）两者优点，是目前一极具发展潜力的新型闪烁材料。本项目借助热分析、透过光谱、荧光光谱、衰减谱、X射线激发发射谱和热释光谱等技术手段探索了透明微晶玻璃微结构形成的影响机制和规律，揭示了玻璃组分和微结构与发光性能内在联系，阐明了其发光影响机制，为制备良好性能的Tb3+、Ce3+激活含Ba(Gd,Y)F5纳米晶的闪烁微晶玻璃奠定坚实的理论和实验基础。主要成果如下：. 首先，通过调节F/O，研究了氟氧化物玻璃的可控析晶行为。当玻璃体系中F/O为0.29时，玻璃的热稳定性良好，且经过热处理可以制备出含Ba(Gd,Y)F5纳米晶的透明微晶玻璃。. 其次，研究了稀土铽、铈和镨在含Ba(Gd,Y)F5纳米晶的微晶玻璃中的光谱性能。稀土离子易于富集在Ba(Gd,Y)F5纳米晶中，且热处理温度越高，富集在Ba(Gd,Y)F5纳米晶中的稀土离子越多，样品的发光强度增强。然而，当热处理温度进一步增强时，过多的稀土离子沉积在Ba(Gd,Y)F5纳米晶中，产生浓度猝灭，样品的发光强度减弱。对铈掺杂微晶玻璃而言，当铈的掺杂浓度为0.25 mol%，热处理温度为640 ℃时，微晶玻璃的紫外激发发光强度最强。并且，在X射线激发下，此微晶玻璃的发光强度比其在基质玻璃中的发光强度增强了10倍左右。. 最后，通过研究水热法制备的BaYF5:Ce纳米粉和经过氟气气氛下退火后纳米粉的热释光谱可以得出结论：在BaYF5:Ce纳米粉的热释光谱中位于335 K的热释光峰是由缺陷氟空位引起的。结合BaYF5:Ce纳米粉的热释光谱、根据热处理前后玻璃中热释光谱的变化，研究了微晶玻璃中的缺陷分布。基质玻璃和微晶玻璃的热释光谱都可以拟合为5个热释光峰的叠加，其中，位于336 K的热释光峰与水热法制备的BaYF5:Ce纳米粉的热释光峰的形状和缺陷拟合参数非常相近。因此，位于336K的热释光峰可能是由缺陷氟空位引起的。