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稀土离子掺杂氟氧化物玻璃的制备技术和发光性能研究

2020-12-11阅读(777)

稀土离子掺杂氟氧化物玻璃的制备技术和发光性能研究

论文摘要

与单晶和陶瓷闪烁体相比,闪烁玻璃具有制备工艺简单、化学组成可调、易制成大尺寸制品以及成本低等优点,这使其成为一种具有吸引力的探测材料。然而,过去已开发出的闪烁玻璃在密度、光输出、光产额、耐辐照性能等方面并不十分令人满意。本文系统介绍了稀土离子的发光和玻璃基质对发光离子的影响,综述了闪烁玻璃的研究进展。在此基础上,选取低毒、低成本的BaF2作氟源,采用传统熔融法制备了新型单掺Ce3+、Tb3+离子和Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si、Li-Ba-Gd-A J-Si氟氧化物玻璃；应用X射线衍射、红外光谱、差示扫描量热（DSC）、透射光谱、荧光光谱以及荧光衰减光谱等检测和分析手段研究了玻璃组成-结构-发光性能三者间的变化规律,取得了一些重要研究成果,为开发新型闪烁玻璃提供了新思路、新选择。研究了单掺Ce3+、Tb3+离子和Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si、Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物发光玻璃体系的结构、热稳定性和透光性能。结果表明,这些氟氧化物发光玻璃的网络主要由[SiO4]和[A104]以顶角相连的方式构成,可能有部分F-离子进入玻璃网络内部；玻璃特征温度计算（TN、-Tg）值均大于100,具有较好的热力学稳定性；玻璃在可见光区具有较高的透光率,而紫外吸收边较短,有利于发射光的透过；Li-Ba-Al-Si、Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃中可掺入一定量Ce3+或Tb3+或Ce3+/Tb3+离子,是性能较好的闪烁玻璃基质材料体系。研究了单掺Tb3+、Ce3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的荧光性能。发现单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃主要发射蓝绿色荧光,其衰减时间为毫秒级；随着Tb3+离子掺杂量的增加,5D3→7FJ跃迁几率降低而5D4→7Fj跃迁几率升高,由于Tb3+-Tb3+离子中电子间能量的共振转移,导致蓝绿色荧光发光强度增强。而单掺Ce3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃则发出很强的蓝紫光,其衰减时间为纳秒级,发光强度随Ce3+离子掺杂量增加先增大后降低。研究了Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的荧光性能。璃主要发射Tb3+离子的蓝绿光；Ce3+、Tb3+离子间发生Ce3+→Tb3+能量转移,Ce3+离子能够敏化Tb3+离子的发光,使得Tb3+离子的发光强度高于相同浓度Tb3+离子单掺Li-Ba-Al-Si玻璃中Tb3+离子的发光强度,而荧光衰减时间比单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si玻璃的大。研究了Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的荧光性能。Gd3+离子主要发射314nm紫外光,其发射强度随着Gd2O3含量增加而降低。在Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃中掺入Ce3+离子后,玻璃主要发射Ce3+离子的蓝紫光；Gd3+、Ce3+离子之间能发生Gd3+→Ce3+能量转移,Ce3+离子发光强度低于相同掺杂浓度的Ce3+离子单掺Li-Ba-Al-Si玻璃的发光强度,且随着Gd2O3含量增加先增大后减小研究了单掺Tb3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的荧光性能。玻璃主要发射Tb3+离子的蓝绿光；Tb3+离子发光强度随着Gd203含量增加而增强,Gd3+离子发光则随之减弱；Gd3+、Tb3+离子之间能发生Gd3+→Tb3+能量转移,Gd3+离子敏化Tb3+离子的发光,使得Tb3+离子发光强度高于相同掺杂浓度的Tb3+离子单掺Li-Ba-Al-Si玻璃的发光强度。研究了Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的荧光性能。玻璃以Ce3+、Tb3+离子发光为主,Tb3+离子发光较强；Gd3+、Ce3+、Tb3+离子之间存在Gd3+→Ce3+、Gd3+→Tb3+、Gd3+→Ce3+→Tb3+、Ce3+→Tb3+有效能量传递；Tb3+离子的发光强度随Gd2O3含量增加而降低,但高于相同浓度Tb3+离子单掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的发光强度。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景及意义
  • 1.2 稀土离子的发光和能量传递
  • 1.3 玻璃基质对稀土离子发光的影响
  • 1.4 闪烁玻璃研究进展
  • 1.5 本论文的思路
  • 第二章 实验过程
  • 2.1 玻璃组成体系设计
  • 2.2 玻璃的制备
  • 2.3 玻璃的结构与性能测试
  • 3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>第三章 单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 3.1 引言
  • 3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备'>3.2 单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备
  • 3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的结构'>3.3 单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的结构
  • 3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的性能'>3.4 单掺Tb3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的性能
  • 3.5 本章小结
  • 3+离子和Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>第四章 单掺Ce3+离子和Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 4.1 引言
  • 3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>4.2 单掺Ce3+离子Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>4.3 Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 5.1 引言
  • 5.2 Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备
  • 5.3 Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的结构
  • 5.4 Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的性能
  • 5.5 本章小结
  • 3+、Tb3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>第六章 单掺Ce3+、Tb3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 6.1 引言
  • 3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>6.2 单掺Ce3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>6.3 单掺Tb3+离子Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 6.4 本章小结
  • 3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能'>第七章 Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备、结构和性能
  • 7.1 引言
  • 3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备'>7.2 Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的制备
  • 3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的结构'>7.3 Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的结构
  • 3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的性能'>7.4 Ce3+、Tb3+离子共掺Li-Ba-Gd-Al-Si氟氧化物玻璃的性能
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间主要的研究成果
  • 1 攻读学位期间发表的学术论文
  • 2 攻读学位期间申报的国家专利
  • 3 攻读学位期间参加的科研项目

    • 相关论文文献

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