掺铈硅酸镥(Lu2SiO5:Ce)晶体的生长与闪烁性能

用Czochralsky方法和铱坩埚感应加热技术生长出了尺寸为φ35mm×40mm的掺铈硅酸镥(LSO:Ce)闪烁晶体.透射光谱表明,由于铈离子的掺入,使晶体的吸收边由纯LSO晶体的195nm红移至380nm.LSO:Ce晶体的紫外激发波长按强度递减的顺序依次为380、333、319和216nm,其光发射为带状谱,波长覆盖范围从390nm至560nm.X射线激发的发射谱具有典型的双峰特征,峰值波长为393nm和.426nm.这些特征与Ce³⁺离子基态能级⁴f₁因自旋-轨道耦合而产生的两个分裂能级和Ce⁺离子在LSO晶体中占据两个不同的结晶学格位有关.     

多晶铈掺杂硅酸镥闪烁陶瓷的制备和发光性能

本工作对铈离子掺杂多晶硅酸镥(LSO:Ce)闪烁材料的制备方法进行了系统研究。将LSO:Ce前驱体溶胶喷雾干燥后得到了球形LSO:Ce前驱粉体, 该前驱粉体在1000℃和1100℃的温度下煅烧后分别得到了不同晶型的的单相LSO : Ce球形粉体。显微结构观察显示: 粉体颗粒的平均直径约为2 µm, 是由几十纳米大小的LSO:Ce纳米晶粒堆积而成。A型球形LSO:Ce粉体经1200℃/80MPa的放电等离子体烧结(SPS)后获得了平均晶粒尺寸为1.3 µm, 相对密度高达99.7%的LSO:Ce闪烁陶瓷。由A型球形LSO:Ce粉体压制的素坯在1650℃的空气气氛下烧结4 h后可获得相对密度达98.6%, 平均晶粒尺寸为1.6 μm的LSO:Ce陶瓷。该陶瓷经1650℃/150 MPa的热等静压(HIP)处理1 h后, 获得了相对密度为99.9%的半透明LSO:Ce闪烁陶瓷, 其平均晶粒尺寸为1.7 μm, 晶界干净。该LSO:Ce陶瓷的光产额可达28600 photons/MeV, 发光衰减时间为25 ns。     

大尺寸 Ce:Lu1.6Y0.4SiO5闪烁晶体的生长和光谱特性

采用中频感应提拉法生长出尺寸为φ60mm×110mm的CeLu1.6Yo.4SiO5(LYSO)晶体,与LSO晶体相比,LYSO晶体的优势是提高了晶体质量、降低了熔点和原料成本等.在室温下测试了LYSO晶体的透过光谱、激发光谱和发射光谱,结果表明Y的加入使LSO晶体的吸收边向短波方向偏移.Ce3+的4f1→5d1跃迁吸收导致紫外区产生三个吸收带.发射光谱具有Ce3+典型的双峰特征,经Gaussian多峰值拟合,双峰395nm和418nm归属于Ce1发光中心,而435nm的发光峰与Ce2发光中心有关.     

Ce:Lu2SiO5闪烁陶瓷的放电等离子烧结与发光性能

以亚微米级单相铈离子掺杂硅酸镥(Ce:Lu2SiO5,LSO)发光粉体为原料,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering)技术対多晶LSO闪烁陶瓷的制备方法进行了探索,同时对其发光性能进行了研究.在(1350℃/5min)的条件下实现了LSO粉体的快速致密化烧结,研制出了具有良好发光性能的半透明多晶LSO闪烁陶瓷,其相对密度达到理论密度的99.5%.在360nm紫外激发条件下,呈现位于380～600nm的宽峰发射行为.其相对发光强度达到LSO闪烁单晶的75%,发光衰减时间仅为9.67ns.该材料有望成为一种新型的高光输出、快衰减多晶闪烁材料.     

新型闪烁晶体Ln2SiO5的研究进展

作为新型无机闪烁晶体材料，稀土硅酸盐系列晶体Ln2SiO5(Ln-Gd^3 ,Y^3 ,Lu^3 )近年来受到广泛关注。本文综述了Ln2SiO5系列晶体的结构，Ce^3 荧光机制及晶体生长研究的进展，总结了它们的闪烁性能，应用和有待深入研究的问题。     

退火对提拉法生长Lu2Si2O7∶Ce晶体闪烁性能的影响

Lu₂Si₂O₇∶Ce (LPS∶Ce)表现出较高的光输出, 平均值约26000photons/MeV (简写为ph/MeV), 但通过提拉法获得的晶体发光效率很低. 实验对LPS∶Ce晶体进行了不同气氛下的退火, 研究退火条件对LPS∶Ce的发光效率等闪烁性能的影响. 发现在Ar气氛下退火对LPS∶Ce发光效率的提高没有作用, 在空气气氛下退火后可显著提高LPS∶Ce的发光效率. 通过不同退火工艺的比较, 确定了提高LPS∶Ce发光效率的最佳退火制度：空气气氛下, 退火温度1400℃, 退火时间根据样品的大小决定, 样品越大, 需要的退火时间越长. 同时讨论了退火过程中, LPS∶Ce吸收谱和UV-ray激发发射谱的变化趋势.     

Li6Gd(BO3)3:Ce晶体的提拉法生长和闪烁性能

采用提拉法和铂坩埚感应加热技术生长出最大尺寸为直径25mm，长40mm的Li6Gd（BO3）3：Ce晶体，XRD分析表明，生长出的晶体为单一的Li6Gd（BO3）3：Ce相，结构属P21／c空间群．对晶体生长中存在的解理开裂、应力开裂及多晶问题进行了讨论，并从晶体结构的角度解释了（020）完全解理面出现的原因．晶体在380-800nm之间的透过率接近90％，200-380nm之间的吸收是由Ce^3＋离子的4f-5d跃迁和Gd^3＋离子的4f-4f跃迁引起的．不同激发源激发下的发射均显示Ce^3＋离子的双谱峰特征；相比于紫外激发下的发射而言，X射线激发下的发射光谱略有红移．该晶体发光符合单指数衰减模型，衰减时间为30．74ns，在241^Am源的α射线激发下晶体的能量分辨率为28．84％．     

新型闪烁晶体Ce掺杂焦硅酸钇(YPS:Ce)的闪烁与热释光性能

通过区熔法获得了铈掺杂焦硅酸钇闪烁单晶(Y_2Si_2O_7:Ce~(3+),简写为YPS),并对其闪烁与热释光性能进行了研究.对YPS:Ce闪烁晶体的透过、光输出和光衰减等光学和闪烁性能进行了表征,并对其综合性能进行了评价.其衰减时间为30.16ns,为目前铈掺杂焦硅酸盐闪烁晶体中最快的.并采用热释光测试技术,对YPS:Ce晶体中的缺陷进行了研究,发现在300～500K温度区间内一共有三个热释光峰,分别对应于三个缺陷,通过对二维(温度-光强)的拟合,确定了这三种缺陷的陷阱深度、振动频率等物理参数.并结合三维(温度-波长-光强)热释光谱,提出了YPS:Ce的热释光模型.     

在多工位炉上CeO2:Bi12SiO20单晶生长的研究(Ⅰ)──地面生长实验部分

Bi12SiO20是一种优质的光折变晶体，但在地面生长掺Ce:BSO晶体时遇到的主要问题是分凝系数远远＜1，导致晶体组分不均匀，本文采用在空间生长掺Ce:BSO晶体的多工位炉进行地面晶体生长，测试了CeO2浓度分布和掺Ce:BSO晶体的透过率，以便同空间死得其所参Ce:BSO晶体进行比较。     

在多工位炉上CeO2:Bi12SiO20单晶生长的研究(Ⅰ)──地面生长实验部分

Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０是一种优质的光折变晶体．但在地面生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体时遇到的主要问题是分凝系数远远＜１，导致晶体组分不均匀．本文采用在空间生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体的多工位炉进行地面晶体生长，测试了ＣｅＯ_２浓度分布和掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体的透过率，以便同空间生长掺Ｃｅ：ＢＳＯ晶体进行比较．     

闪烁晶体的生长与宏观缺陷研究

用提拉法生长了Lu2Si2O7：Ce晶体，讨论了晶体生长过程中的几个问题；（1）熔体挥发；（2）晶体开裂；（3）层状包裹．生长过程中LPS和SiO2均存在挥发，其中后者占主导；LPS挥发不会造成组分偏析，因此对生长过程没有负面的影响．接种温度偏低导致晶体出现多晶化和晶体中较大的热应力是促使开裂发生的主要原因．层状包裹现象的出现主要是由于该晶体的结晶温度范围狭窄，熔体容易出现组分过冷，以及生长设备的温控系统精度不高等造成的．     

LuxY1-xAl 3:Ce晶体中伴生(Lu,Y3 Al5O12:Ce相成因研究

采用提拉法制备了LuxY1-xAlOa:Ce晶体样品,通过XRD物相分析和成分分析,并结合Lu2O3-Al2O3二元体系相图以及LuxY1-xAlO3:Ce 结构稳定性方面的分析与讨论,结果表明:随着熔体中Lu元素含量的增加,熔体分层加剧,析晶LuxY1-xAlO3:Ce相的熔体组成区间将向富Lu一侧偏移,这使得晶体上部易伴生(Lu,Y)3Al5O12:Ce相;而随着Lu元素含量的提高, LuxY1-xAlO3:Ce晶体的热稳定性降低,氧空位的存在则使晶体的热稳定性进一步降低,在接种过程中籽晶表面易发生相分解反应生成(Lu,Y)3Al5O12:Ce和(Lu,Y)4Al2O9:Ce,籽晶表面相分解产物(Lu,Y)3Al5O12:Ce提供了诱导析晶(Lu,Y)3Al5O12:Ce相所需的晶核,这使得晶体的外表面处易伴生(Lu,Y)3Al5O12:Ce相.调整配料组成使n((Lu,Y)2O3):n(A12O3)=1.17～100,加大熔体内部和固液界面处的温度梯度以改善熔体对流、抑制熔体分层以及籽晶表面处的相分解等有助于高Lu元素含量LuxY1-xAlO3:Ce晶体的获得.     

K2Ln(NO3)5·2H2O(Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm)的晶体生长和热重-差热分析研究

本文生长出了K₂Ln（NO₃）₅·2H₂O（Ln=La；Ce；Pr；Nd；Sm）的单晶，并对其进行了晶体结构及差热-热重分析研究．结果表明，K₂Ln（NO₃）₅.2H₂O（Ln=La；Ce；Pr；Nd）的晶体属正交晶系，Fdd2空间群．首次生长出KPrN单晶并用直接法解出其晶体结构．解得KPrN的晶胞参数为：a=11．2210（10）A, b=21．411（3）A，c=12．208（2）A,Z=6；R=0．0240．对KLnN加热，则依次出现脱水、熔化、不可逆相变和NO的分解过程（K₂Ce（NO₃）₅·2H₂O除外）K₂Ln（NO₃）₅·2H₂O（Ln＝La；Nd；Sm）的NO分三步分解，K₂Ln（NO₃）₅·2H₂O（Ln=Ce；Pr）的NO分两步分解·KNO₃和Ln（NO₃）₃·nH₂O的混合物在225℃左右生成K₂Ln（NO₃）₅     

四英寸四硼酸锂压电晶体的生长研究

以直径3英寸Li2B4O7晶体为籽晶，采用改进型坩埚下降法在Pt坩埚中生长了直径105mm、长度120mm、无宏观缺陷的高质量Li2B4O7晶体。生长速率＜0.3mm/h，固液界面附近的温度梯度约为30℃／cm。探讨了开裂、孪晶、包裹体等缺陷的形成和消除办法，测试了该晶体的性能。介电常数ε11＝9．33，压电系数d33＝0．94C/m^2，机电偶合系数k33＝0．42，高机电偶合系数和低介电常数表明该晶体在高频声表面波器件应用方面具有很大的潜力。