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Eu~(3+)掺杂Lu_2SiO_5闪烁陶瓷粉体的制备及表征

杨熠  
【摘要】:能够吸收射线或高能粒子并将其转换为光发射的发光材料称之为闪烁材料。其主要应用于医学成像、空间物理、高能物理、工业探伤、地质勘探等领域。在对闪烁材料的研究探索中,无机闪烁材料逐步显现出其无可取代的性能优势,成为数量最多、应用最广的闪烁体。其中Lu2SiO5(LSO)就是一种综合性能优异具有广阔发展应用前景的闪烁材料,其具有高密度、高有效原子序数、高光输出、快衰减、抗辐射损伤能力强、物理化学性能稳定等优点。本论文通过直接沉淀法、尿素辅助共沉淀法以及溶胶凝胶法三种方法制备Eu:Lu_2SiO_5粉体,并对粉体的结构与性能作了表征。在直接沉淀法制备Eu:Lu_2SiO_5粉体实验中,煅烧后产物主要由焦硅酸镥Lu2Si2O7组成,Lu2SiO5含量较少,这主要是由于阴阳离子沉淀剂在沉淀反应溶液体系中的不稳定性无法调和造成的,直接沉淀法制备Lu2Si O5粉体存在着诸多缺陷。在尿素辅助共沉淀法和溶胶凝胶法粉体制备过程中,成功制得了纯度较高的Eu:Lu_2SiO_5粉体,前者产物中有少量杂质相Lu2O3存在,后者产物为纯相Lu2SiO5。并对Lu2SiO5粉体的煅烧温度机制、煅烧过程中的相转变、粉体的颗粒形貌以及Eu~(3+)离子的掺量对粉体发光性能的影响作了研究。两种方法制备的Lu2SiO5粉体相转变温度都在1050℃左右,相同的煅烧温度下,溶胶凝胶法制备的产物纯度、结晶度更高,结晶转变更加完全。通过尿素辅助共沉淀法制备的A-Lu2SiO5相颗粒尺寸为200~300 nm,B-Lu2SiO5相颗粒尺寸为300~400 nm;通过溶胶凝胶法制备的A-Lu2SiO5、B-Lu2SiO5相颗粒尺寸都为200~300 nm,两种方法制备的产物颗粒形貌存在着明显差别。由于浓度猝灭效应,粉体的发光强度随Eu~(3+)离子掺杂浓度的增大先增大后减小,当Eu~(3+)离子掺杂浓度为5%mol时,两种方法制备的Eu:Lu_2SiO_5粉体的发光强度达都到最大值。在同一掺杂浓度、同一波长激发光激发下,通过溶胶凝胶法制备的Eu:Lu2Si O5粉体发光强度更高,产物的发光性能更好。


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