金属复合卤氧化物闪烁材料的制备和发光性能研究

闪烁材料广泛地应用在高能物理、核物理、核医学成像、安全检测和工业探测等领域。实用中的闪烁材料主要是无机氧化物、含氧酸盐和卤化物。然而性能优异的闪烁材料很少。卤化物闪烁材料光产额高但易吸潮，氧化物和含氧酸闪烁材料物理化学性质稳定但光产额不高。当前，人们对于快衰减、高密度、高效率闪烁材料的需求量越来越大。本项目拟利用我国丰富的稀土资源，制备既含卤族元素又含氧元素的稀土离子特别是Ce3+离子激活的金属复合卤氧化物闪烁材料，研究材料在紫外-可见光、真空紫外光和X 射线等激发下的发光性能，探索材料组成、结构、形貌以及尺寸大小与其发光性能之间的内在联系。通过组分、结构、形貌和尺寸大小的调控来优化材料的发光性能，为快衰减、高密度、高效率的新型无机闪烁材料的开发设计和性能预测提供理论支持。

采用高温固相法，溶胶-凝胶法和水热法等方法合成了Eu3+，Ce3+，Eu2+及其他稀土离子掺杂的含卤素的硼酸盐、铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐等发光材料。在X射线、紫外可见光和真空紫外光激发下，测定了这些材料的发光性能。研究了掺杂浓度，煅烧温度，尺寸大小以及基质组分改变等对发光性质的影响。发现在X射线激发下，Sr3GaO4F，Ba2YB2O6Cl, Sr3Al2O5Cl2，BaAlBO3F2等基质中，掺杂Ce3+和Eu3+是可以得到强的可见光发射，并且通过组分的改变有效的调控了材料的发光强度。在本项目的实验研究范围内，以YBO3和TiO2为基质研究产物尺寸大小和形貌调控对发光性能的影响时，发现通过纳米材料表面缺陷和大的表面积可以实现对发光性能的有效调控，如实现同元素异价离子如Eu3+到Eu2+之间的调控。在项目经费的支持下，还进一步拓展思路和研究范围，开展了部分产物在白光LED应用方面的研究。研究发现，在Eu3+激活的BaAlBO3F2和YBO3以及Ce3+激活的Sr3GaO4F和Sr3Al2O5Cl2荧光粉在白光LED方面具有潜在的应用价值。截至到目前，主要的研究成果包括：(1)已在包括美国化学会(ACS)出版的J. Phys. Chem. C, Elsevier出版的J. Alloys Compd., J. Solid State Chem.以及Wiley出版社出版的Lumin.等期刊上发表论文8篇; (2) 获授权国家发明专利1项，申请国家发明专利2项。此外，参加国内学术会议2次。