纳米晶复合玻璃闪烁体：机遇与挑战

闪烁体作为辐射探测应用中的核心材料，在工业无损探伤、医学影像学、高能物理以及安全检查等方面发挥着重要的作用。当前闪烁体研究的机遇与挑战并存，特别是在新冠肺炎疫情进入常态化，开发高性价比的新型闪烁体并对其综合性能进行优化具有重要的现实意义。纳米晶复合玻璃(也称微晶玻璃)闪烁体结合了闪烁晶体发光效率高与闪烁玻璃制备简单和成本低廉的综合优势，成为了一种备受瞩目的明星闪烁体。本文根据发光中心不同，分别介绍以稀土离子和以具有自发光效应的纳米晶作为发光中心的纳米晶复合玻璃闪烁体，重点关注此类材料的制备、纳米晶种类与其发光性能之间的关联、以及材料在高能射线X和伽马光探测领域的潜在应用。最后，对研究中存在的问题进行了探讨并对此类材料未来发展方向做出了展望。     

高硅氧发光玻璃的制备及其荧光性能

石英玻璃具有低膨胀、耐热冲击、高机械强度和高化学隐定性等优点,是稀土和过渡金属发光离子掺杂的优选的基质材料。但发光离子在石英玻璃中容易自发形成团簇,产生浓度淬灭效应,介绍一种用二氧化硅质量分数超过95%的纳米微孔玻璃来抑制发光离子团簇的自发形成的新方法,以制备高发光强度的石英破璃和激光玻璃。该方法是将发光离子浸入微孔玻璃中并在适当气氛中烧结,目前已经制得多种颜色、量子效率接近于1的强发光玻璃,真空紫外光激发发光玻璃,高铒离子掺杂的高硅氧玻璃,还获得了新颖的低膨胀、耐高温的掺钕高硅氧激光玻璃和掺铋红外宽带发光玻璃用这种方法还容易进行多种发光活性离子掺杂,实现不同离子间的能量转换,提高发光强度和改变激发光的波长范围。这种新方法有望扩大石英发光玻璃的应用范围。     

硼硅酸锌玻璃的制备及其发光特性

由于发光玻璃独特的透明性,在激光、光学放大器、光通讯、储能和显示等光电子领域有着广泛的应用.本文利用高温固相法制备出了新型硼硅酸锌:铕掺杂的硼硅酸锌玻璃,讨论了掺杂离子浓度对玻璃发光特性的影响.结果表明Eu2+掺杂的硼硅酸锌玻璃在250～400 nm波长范围可以被很好地激发,有很宽的激发波长范围,发射谱为一个宽带峰,位于450 nm.掺杂不同浓度的Eu2+的硼硅酸锌发光玻璃的激发光谱有所不同,随着掺杂Eu2+浓度的增加,荧光强度增强,但发射光谱峰位置基本没有变化.另外,Eu2+掺杂硼硅酸锌玻璃较易合成,是一种很好的蓝色发光材料,具有较大的应用价值.     

酸浸析对多孔玻璃性能的影响

以Na2O·B2O3·SiO2为玻璃制备系统,采用原子力显微镜、扫描电镜和氮气吸附仪分析了酸处理工艺制度对多孔玻璃孔容、平均孔径和孔径分布的影响,经过热处理和酸腐蚀后多孔玻璃的孔容可达0.8845cm3·g-1、平均孔径达76.55nm;相同H+离子浓度的盐酸和硫酸酸处理得到的多孔玻璃,其比表面积、孔容和平均孔径相差不大;用浓度为0.1mol·L-1的硫酸处理后多孔玻璃的平均孔径比浓度为1mol·L-1的略大,并对酸处理参数对多孔玻璃性质的影响进行了分析和讨论,为制备较大孔径的多孔玻璃介质奠定了基础.     

掺稀土氟化物玻璃上转换发光材料发展概况

和传统的氧化物玻璃相比,氟化物玻璃具有声子能量低的特点,因此无辐射跃迁几率小,上转换量子效率高,使得掺稀土离子的氟化物玻璃具有高的发光效率.且稀土离子的能级在氟化物玻璃中具有较长的寿命,形成更多的介稳能级,有丰富的激光跃迁.利用稀土离子在氟化物光纤中的上转换特性,可以获得性能优良的光纤激光器.本文简述了掺稀土氟化物玻璃上转换激光材料的发光机理和研究进展.     

蓝绿光上转换荧光输出的稀土掺杂玻璃研究进展

上转换光纤激光器由于在医疗、生命科学等领域应用逐步加强,近年来受到了广泛的重视.本文简要回顾了上转换发光的发展历程,归纳了能够实现蓝绿光输出的稀土离子的种类,详细阐述了近年来具有蓝绿光输出的上转换发光的不同基质玻璃(氟化物玻璃、硫化物玻璃、碲酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、铋酸盐玻璃、卤氧化物玻璃)的研究进展,最后,对稀土离子掺杂的玻璃上转换发光的研究动向进行了展望.     

银纳米团簇与稀土离子共掺发光玻璃EI北大核心CSCD

银纳米团簇(Ag-NCs)是由几个银原子及银离子组成的寡聚体,其具有离散的能级结构和与尺寸相依赖的可调发光,量子产率可接近商业荧光粉。Ag-NCs的优异发光特性使其成为稀土离子的理想敏化剂,可以实现面向多种应用的发光增强和可调发光。玻璃具有良好的透明性、以及优异的化学和热稳定性,是分散和稳定Ag-NCs的理想基质之一。从Ag-NCs掺杂玻璃的制备与调控、Ag-NCs的发光特性及其对稀土离子的敏化、以及以Ag-NCs与稀土离子共掺杂发光玻璃在白光LED、可调发光、太阳能电池等领域的应用为例进行了综述,并对目前研究存在的问题和未来的研究方向予以分析和展望。     

银纳米团簇与稀土离子共掺发光玻璃

银纳米团簇(Ag-NCs)是由几个银原子及银离子组成的寡聚体,其具有离散的能级结构和与尺寸相依赖的可调发光,量子产率可接近商业荧光粉。Ag-NCs的优异发光特性使其成为稀土离子的理想敏化剂,可以实现面向多种应用的发光增强和可调发光。玻璃具有良好的透明性、以及优异的化学和热稳定性,是分散和稳定Ag-NCs的理想基质之一。从Ag-NCs掺杂玻璃的制备与调控、Ag-NCs的发光特性及其对稀土离子的敏化、以及以Ag-NCs与稀土离子共掺杂发光玻璃在白光LED、可调发光、太阳能电池等领域的应用为例进行了综述,并对目前研究存在的问题和未来的研究方向予以分析和展望。     

光学碱度与铋离子掺杂锗酸盐玻璃近红外发光性质之间的关系

制备了铋离子掺杂的碱金属和碱土金属锗酸盐玻璃,并研究了玻璃光学碱度与铋离子近红外发光性质之间的关系。结果表明:铋离子的宽带近红外发光的强度、峰位以及荧光半高宽可以通过锗酸盐玻璃的光学碱度进行调控:随着玻璃光学碱度的增加,红外发光强度下降,半高宽增大,同时发光峰红移;玻璃中Bi~(3+)/Bi~(2+)的摩尔比变化趋势与Duffy光学碱度理论相符。而铋离子近红外发光强度与光学碱度的依存关系表明,近红外宽带发光可能源于低价态铋离子。     

Co/Ce共掺杂高硅氧玻璃的制备和光谱性能

为开发新型电光源,研究了掺杂高硅氧玻璃的制备和光谱性能,首先制作多孔玻璃,通过掺杂溶液浸渍,制备掺Co和Ce高硅氧玻璃,并研究了在还原气氛下热处理玻璃的光谱性能,实验表明：合理的温度制度是制备掺杂高硅氧玻璃的关键,改进工艺条件可制成耐热性能优良的掺杂高硅氧玻璃,光谱测试表明,Co离子的价态较为稳定,通常以低价Co^2 离子形态存在于玻璃之中,Ce则主工以Ce^4 离子形态存在,在还原气氛下热处理,被还原成低价Ce^3 离子,玻璃的荧光光谱也证实了价态的变化。     

不同掺杂稀土离子对新型TiO_2基上转换发光玻璃热稳定性的影响

利用气体悬浮技术,以低声子能量的重金属氧化物为基质,成功制备出了传统方法难以得到的稀土掺杂的不含氟上转换氧化物玻璃材料,分别为Ho3+/Yb3+、Er3+/Yb3+、Nd3+/Yb3+稀土离子共掺杂的La2O3-TiO2-ZrO2(LTZ)发光玻璃。利用热分析技术研究该类新型稀土掺杂TiO2基上转换发光玻璃的热稳定性,实验结果发现掺杂Ho3+离子比掺杂Er3+和Nd3+离子的La2O3-TiO2-ZrO2粉体更易生成玻璃,不同掺杂离子LTZ玻璃的热稳定性大小为:LTZH﹥LTZE﹥LTZN。同时利用多重速率扫描技术对新型稀土掺杂TiO2基上转换发光玻璃进行热分析动力学研究,采用ASTME698和Friedman两种不同的热动力学分析方法,计算出LTZH发光玻璃的析晶活化能和指前因子。随着反应进程的增加,LTZH发光玻璃的析晶活化能值先增大后减小。LTZH玻璃开始发生析晶反应时,需要获得突破一个较大的势能才能完成,这说明该类玻璃刚开始抗析晶能力比较强,随着反应的进行LTZH玻璃更容易析出晶体。通过差热分析技术对新型高性能上转换发光玻璃材料的形成能力和热稳定性研究,为该类材料的开发以及应用推广提供了测试支持。     

固废制备多孔微晶玻璃研究进展

固废多孔微晶玻璃是以固体废物、发泡剂及其他辅助试剂为原料，制备出的一种绿色材料。由于其主要原料为冶金固废、尾矿和城市固废等，且产品具有较高的机械强度、硬度，显著的耐腐蚀性，绝热、吸声、防火、防潮，使其在实现固废增值的同时，能应用于各种工业领域。文章阐述了烧结法制备固废多孔微晶玻璃的机理，重点论述了固废原料的选择和复合固废组成设计、发泡剂种类、掺量和材料性能、热处理制度对固废多孔微晶玻璃结构和性能的影响规律等方面国内外研究进展，介绍了固废多孔微晶玻璃的应用，对固废多孔微晶玻璃的研究和应用发展趋势进行了展望。     

白光LED用稀土离子掺杂硼硅酸盐玻璃的发光性能

用熔体淬冷法在空气中制备了稀土(Tm,Dy,Tb,Eu)离子单掺和共掺的硼硅酸盐发光玻璃.研究了制得玻璃的发射光谱和激发光谱特性.结果表明:Eu离子单掺玻璃的发射光谱中出现了Eu2 和Eu3 的特征发射带,证明在此玻璃系统中,有部分Eu3 转化为Eu2 .Eu3 →Eu2 的转化效率与玻璃基质中B2O3的含量和网络调整体的类型有关,并且Eu2 的发射峰随玻璃基质中碱土离子半径的增大而出现红移.Eu/Dy和Tm/Tb/Eu共掺的硼硅酸盐玻璃的发射光谱中出现蓝、黄/绿、红发射带.这些发射带的复合可以使玻璃在紫外光激发下产生白光,并且各发射带的强度比例可以通过改变玻璃基质的组成来调节,表明所制备的稀土离子掺杂硼硅酸盐发光玻璃有可能取代荧光粉应用于制备白光发光器件.     

上转换微晶玻璃的发展近况

上转换微晶玻璃结合了玻璃的易加工性和晶体的高发光效率的优点,改善了传统上转换玻璃的机械强度和稳定性,将上转换发光材料的发展推向了新的高度.综述了近年来上转换微晶玻璃的发展近况,总结了上转换微晶玻璃的制备方法和主要分析方法,对当前研究的上转换微晶玻璃进行系统分类,并对上转换微晶玻璃的发展提出了展望.     

发泡剂对钼渣多孔玻璃性能的影响

采用高温熔融直接发泡制备钼渣多孔玻璃,通过研究不同发泡剂对钼渣多孔玻璃性能的影响,确定最佳发泡剂,研究了最佳发泡剂含量对钼渣多孔玻璃气孔率和抗折强度的影响.结果表明,BaCO3在本体系中发泡效果最好,随着发泡剂BaCO3含量的增加,钼渣多孔玻璃气孔率和抗折强度均发生变化,当BaCO3含量10%wt时,气孔率最高,为16.8%.X射线衍射分析钼渣多孔玻璃有少量石英残留,显微结构表明孔结构基本上不连通,为闭孔材料.     

铋掺杂铝硅酸盐玻璃的超宽带近红外发光性质

采用高温熔融法制备了组分为50SiO_2-xAl_2O_3-(50-x)MgO-Bi_2O_3(x=5,10,15,20,摩尔比)的铋掺杂铝硅酸盐玻璃。研究了铋掺杂铝硅酸盐玻璃超宽带近红外发光性质,探讨了玻璃基质的光学碱度对铋离子宽带发光特性的影响。结果表明:在690nm和808nm的激发下,铋掺杂铝硅酸盐玻璃的红外荧光中心分别位于1106nm和1294nm;随光学碱度的增强,铋离子的红外发光强度减弱。并对铋离子超宽带发光的机理进行了探讨,认为其红外发光源于低价的Bi~+和Bi~(2+)。     

Tb^3＋、Gd^3＋对硅酸盐发光玻璃发光性能的影响

对Nb^3 激活的硅酸盐发光玻璃进行了研究,讨论了Tb^3 和Gd^3 对玻璃发光性能的影响。结果表明：Tb^3 激活的硅酸盐玻璃在紫外线和X-射线的激发下,产生蓝色荧光和较强的绿色荧光;随着Tb^3 离子浓度的增加,Tb^3 离子^5D3能级的能量向^5D4能级转移,绿色荧光得到增强;Gd^3 离子通过无辐射能量共振方式对Tb^3 离子的发光起到了敏化作用,加入Gb^3 进一步提高了Tb^3 激活硅酸盐玻璃的发光强度。     

中红外发光稀土掺杂硫系玻璃的研究进展

2～5μm波段中红外激光在遥感、测距、环境检测、生物工程和医疗等领域有着广阔的发展前景和重要的应用价值,己成为光电子技术领域中最尖端的课题之一.利用固体激光器泵浦稀土离了掺杂的硫系玻璃光纤产生荧光发射是直接获得2～5μm波段中红外激光的有效途径.综合评述了近年来国外在中红外发光稀土离子掺杂硫系玻璃方面的研究进展,讨论了影响硫系玻璃中红外发光的各种因素,展望了未来该领域的研究方向和发展前景.     

Li2S-SiS2锂离子导电玻璃的制备、结构与性能

Li2S-SiS2锂离子导电玻璃被认为是实现二次高能电池全固体化的最佳固体电解质材料之一,但由于二元系玻璃的化学稳定性差,很难投入工业化应用.在总结二元Li2S-SiS2快离子导电玻璃制备、结构和性能的基础上,分析了含氧酸盐以及第二种网络形成剂对这种玻璃结构和电性能的影响.结果表明:60Li2S·40SiS2玻璃中加入少量(摩尔分数约5%)像Li4SiO4一类的含氧酸盐,不仅使材料的室温离子电导率提高到1.5×10-3 S/cm,而且材料的电化学稳定性和热稳定性同步提高.加入像P2S5之类的第二种网络形成剂,则在基本不改变材料离子电导率的情况下提高了玻璃的稳定性.     

掺铝钕高硅氧玻璃的制备及光谱性能研究

采用分相酸溶工艺制备了Na2O-B2O3-SiO2体系纳米多孔玻璃,并以此为基质进行了钕铝掺杂的实验,制备了掺钕铝高硅氧玻璃,光谱分析表明,所制得的玻璃在1064 nm附近有明显的发射峰.研究了掺杂浓度、烧结气氛对玻璃光谱性能的影响,分析了铝离子在共掺杂玻璃中的作用.结果表明在浓度为0.2 mol/L的Nd(NO3)3溶液中制备的掺杂高硅氧玻璃发光强度最强,还原气氛下烧结的掺杂高硅氧玻璃光谱强度高于在空气中烧结得到的高硅氧玻璃,同时在还原条件下铝离子能够明显的提高玻璃的发光强度.