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1、第X卷第X期发光学报、S.XNo.xxxx年X月ChinCseJoUma1.of1.UminCSCCnCC.xxx注:作者墉排论文时,为了调整方便,页面布局可采用单栏排版,文/必与Ce3+和Tb3+掺杂包-钢-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能(二号)张勇,-2吕景文2,韩冰2,姜东月,陈亮东I(四号,需用.标明通信作者)(两个字的姓名之间留个汉字的空格)(1,吉林师范大学物理学院,吉林四平136000:2.长春理工大学材料物理与工程学院,匕林长春I3OO22)(HV)摘要:采川充湖绪做法削备Cc”或W的格和CcN共持t1.-包-址俄林闪烁成璃.刻过透射光谎,光致澈发和发时光诺.X射线激发发射光谓及荧光
2、衰M自线等手段对其发光性碓造行研究.实验结果衣明:在量外光的激发下.1“扬杂闪烁跋刑发出明亮的经光(53nm),而Ce“tt?条闪烁技琪发出值紫光.对于Ce1.1.b共播闪母班筠,在紫外光和X射找激发下均以察到Cc,r敏化TV离广发光的现象.这足由于存在G?一TN的第M转移.CeIvrb共樽内斑破萌的破住CGO的朵席尔分数为02%.此时C/离3,JTb”儒户的能域传递效率为45.7%.在.X肘纹激发F.CeQa厚尔分数为0.2%的CeFM共搀闪烁败璃在544nm处的发光弛度是B1.GeQn闪烁晶体件500nm处发光强慢的4.2倍.枳分闪母效率达ffBGO储体的55.6%,这有利于在我分辨率医学
3、成像中降低加射剂N1.(小八号目的,方法,站果.结论)全文所有的C都用全角关SJ词:WWUSJ;Cc!:11按杂:能被传递中田分矣号:0482.31攵献标识码:A1.uminescencePropertiesofCe3+andTb3+DopedGd-Ba-si1.icateScinti1.1.atingG1.ass(二号)ZHANGYong1.21.YUJingwen2,HANBing2.JIANGDongyue,CHEN1.iangdong1(四号,需用标明通信作者)(1.Sch(M)IofPhyxicx.JihttNorma1.University,Siping136000,China:2
4、.Sduw1.ofMateria1.sScienceandEngineermgtChangchunUniwrsiiyofScienceandTechno1.ogy,C1.umgchun13()()22,ChEa)4CorrespondingAuthor,E-mai1.:zhangyongAbstract:Nosc1.TbnOrCCAdopedandTb,7Cc1*codopedGd-Ba-si1.icaicSdiMiIIatingg1.assesweresynhcMzcdbymck-quenchingmethod.Tbc1.uminescencepropertiesWCrrstudiedbyt
5、ransmissionspectra,pboo1.umisccnccCXCkIn沁nandemissionspectra.X-rayexcitedIummcwncvspectraandIUmmCMX(KVdecaycurves.ThCrceu1.sshowthatTbdopedscinti1.1.atingSastsexhibitbCcCndaPCdscimi1.1.atingj1.as*C5,Cc,*nscanstrong1.ysensitizetheJufninescenccofTbvin115underbothUVandX-rayCXCiudion.WhiChiscacdb),theCn
6、ergy1.ninSfCrPfoCes4fromCc*toTbtons.Theoptima1.dopingmotefractionofCeXhin,Ib*Ce*cxDxxiHriiHiI1.aiuigg1.areswev0.2%.Inthiscaxe.Iheeva1.uatedenergy1.ranfedfcMncyIromCCJ1.OTbKkabout45.W.UnderX-rayexcitation,noton1.yt1.cintensityof544nmemissioninTbCeCOdOpCdscinti1.1.atingg1.asseswith(12%ofCc:O)was4.21.i
7、mctknthatof5nmemissioninthecoMa1.s,but;i!mtheinwg11i1.scinti1.1.ationefficiencywasabout55.6%ofIhCBGOCrySUkhisbeneficia1.forIVduCingradiaiivcdosetoobtainhighreO1.UIiOnmedica1.X-rayimaging.KeyMords:scMi1.1.aingg1.ass:Cc*doped;Tk*doped,energytransfer1引言(四号)(两个字标题中间留两个汉字空格)稀土肉子掺杂闪烁玻璃以其制备工2简单、成木低靡、易于第组分均
8、匀掺杂,可以做成任以尺寸和形状,还可以制成闪烁光纤等优点,成为普代闪烁晶体的一种理想材料12)两个及以上参考文献,标号之间用连字符越接).在目前研究的闪烁俄瑞中,Tb激活闪烁玻璃成为了研究的热点,其最强特征发射峰位于540nm附近.与光电零件的敏感波长相匹配.但是,由于基质玻描中存在较多的能期行获电子和空穴的点然陷,易产生软流子的非辎射笈合,因此与闪烁晶体相比,闪烁玻璃的光产额较低,应用上受到了很大限制网.在闪烁戢瑜中引入某些具有敏化功能的稀土离子,如Ceu.Gdu和Dy1*等,可以提高Tbu离子的发光性能也在这些稀土离子中.Cc离子的激发和发射均属5d-4f电偶极跃迁,为高效的宽带吸收和发射
9、,容易敏化其他稀土离子发光,尤其是Tb”离f.目前,关于Cc”和Tb离子间能fit传递过程的研究已在不同的基质玻璃中开展,如碘酸盐玻璃、酸盐玻璃、铝硅酸盐薮璃U叫和玻璃陶假【川。但是.这些研究均是在紫外光的激发下完成.在高能粒子和高能光子的激发下,Ce对Tb”的收化效果如何,相关研究还鲜有报道。作为闪烁材料,其在高能粒子或光子激发卜的发光性旗尤为里要.因此研咒在X射线激发下CCA对Tt产的敏化作用,对开发其应用领域十分必要,本文通过高温熔融法制需Ce“或Tb单掺和Cc“Ab”共播轨-微!-硅酸盐闪烁破瑞.并在紫外光和X射线的激发下对其发光性质进行了研究.2实验(四号)2.1 样品制备五号实验中
10、以SiO2-A1.F1.-BaF2-BaQ-Gd2Oi为艇质破增.掺入CCJ和Tb.BaOi1.1.Ba(NO.6引入Tb由Tb,0,引入.CCM由CeO2引入.为了在塔制过程中形成还原气氛,防止3价Ce离子被鼠化成4价,加入一定量的Sb2Os作为澄流剂和还原剂。玻璃样品加成的加的比列于表1中。按配方称取混合物20g.在玛瑙研坏内充分研磨混合后放入氧化铝川摒.在1480X:硅碳棒电炉中熔融Ih,然后将熔体例入预热话铁模中淬冷成型.为消除样品中的残余应力,接着在650C的马弗炉中保温2h.然后随炉冷却至室淑.为了保证样品刈试结果的准确性.符样品切割并进行光学拗光,制作成IOminX15mm2mm
11、的玻珊块,用作光谱测试。2.2 样品表征玻瑞样品的密度利用A1.VhinIedeS法,以蒸谛水作为浸液,在Meu1.er1.o1.cdo公司的M1.KM型电子天平上进行测定.透射光谱采用ShimadZU公F的UV-27()O紫外-可见分光光度计进行测定,光谱范用为2OO75Onm,光i普分辨率为0,nm,光致发光的激发光谱和发射光谱采用Hitachi公司的E-7(XK)荧光光送仪进行测定,激发光源为150W的血灯,光谱分疥率为1nm,样品的荧光衰减曲践在Horiba公司的TemPrV荧光寿命测试系统上完成测定,激发光源为Nano1.ED.中心波长为32()nm.闪烁性Ife的测定是采用管电压8
12、0kV、管电流20mA的W靶为X射战濠发源,配合OceanOpiics公司的QEPrM光纤光谱仪测试发光强度.所有测试均在室温下完成.1WHIItAIMAMA我凶MZ中MTih.INpetitionsantidensityofthegUvies样丛俎咸的后5*f1.*/100.54265Cc1.6132422100.50.2-4.311C261.12422100.50.4-4J3SCe31.92422ID0.5.6-4444,1135552422IO0.5-64j674TCI5532422IO0.50.264.7CMTC255.12422IO050.464.730TC354.92422ID0.
13、5.664jM33结果与讨论3.1 样品密度玻璃样品的密度测试结果列于列I中。由表1中的数据UJ知,所有玻璃样品的密度均大于4gcm*其中Ccb”共搀闪烁玻璃的密度超过4.6gcm高玻璃密度有助于增强样品对高能粒子或光子的他止能力,提高成像的信噪比.3.2 紫外-可见透射光谱分析-H0-C1*-C2E8csie31ZnE30enm2MJM4M30MZWWave1.ength(nm)图I+质成题HG)和CC“掺杂闪母豉璃(Ce1C3)的透射光W(BBSS中英F.ITransiniwionspectraofUKIM图1为基质玻璃(HG).Ce“掺杂闪烁玻璃(CCIYC3)的透射光ift基城坡瑞(H
14、G)在可见光范圉内具有良好的透过性,紫外豉止波长约为28Snm,图中位于306nm和312nm处的两个吸收峥分别对应于Gd的1.tS71Pm,”2特征吸收.与携旗鼓璃相比,Ce掺杂玻璃的截止波长发生了显著红移.Ce1.玻璃的裁止波长约为M6nm,其原因是Cu离子的4f-5d轨道之间的电子跃迁UI随蓿Ce岗子浓度的增加,玻璃样品的紫外祓止波长向长波方向移动,其原因可能有两个方面:一是Ceu尚子周用品场环境发生变化.的若CCqJ台量的增多,玻璃的光腕度增加,晶体场强度变大,导致Ccu离子的5-Cen!i致的,其吸收峰位置与Ce2离子相比较,通常位于长波区“网。据文帆【2)报道,在空气气氛下制备的C
15、C掺杂破烟中.CVu含IIt相对较多,级止波长达到405nm.而本文中CC含M最高的Ce3玻璃的截止波长约为362nrn.这说明焙制过程中添加的Sb2O1形成的还原气氛有效地抑制了Cc“被乳化成Ce”,样品中的Wi主要以O”形成存在.Wave1.ength(nm)4%8C22SH图2Tb单挨(Tb3)和Tb,的透射光语Fig.2TransmissionspectraofTb,dopedghss(TbI)andIwCCcodoPCdg1.wscMTCI-TC3.图2为Tb单搀和TbCe共搀玻璃的透射光谱.Tb掺杂玻璃(Tb3)的极止波氏妁为297nm.从图中可以看出几个较为明显的吸收睇,分别位于
16、350.367.378.484nm处.这些吸收峰均是由TbX引起的,分别对应于Tb离子的午6一斗小51.1.O.5G6和Da的能级跃迂U当Ce岗子引入到Tb掺杂闪烁玻璃后(TC1.),紫外故止波长也出现了显著红移,移至348nm处,这是因为CeX离子的45d跃迂和Tb”离子的4f-4f跃迁出现正圣。当进一步增加Ce”离子浓度时,Ce,TbJ共掺囚爆玻璃的紫外截止波长也纣移至364nmTC3).与Cc”单挎玻瑞相似.这也进一步证明了Tb/Cc”共掺玻璃的紫外区的宽带吸收主要是由Ce“离子的4f-5d电子跋迁所引起.3.3 激发光谱和发射光谱分析图3(八)为单掺Tb-闪烁玻璃样品(Tb3)的激发光
17、谱,监测波长为Tb”黑子的特征发射(544nm)-整个激发光谱可以分为两个部分:在2OO3OOnm波段存在一个较宽的激发带,该激发带对应于Tb”围子的4fi-4f5d1.跃迁:而在项400nm波段的系列激发峥相时较则,陋于4俨一4户跋迁,分别对应于Tb“离子的Fc能级到,H3O2nm)、H3!7nmJ1.(339nm)1.350nmJ1.(36?nm)、5Dt(377nm)能破的跋迁.此外,在激发光谱的274.306.312nm处加有3个激发峰,分别对应于Gd离子的-Smr%.P,?.S能级的状迁,这说明存在Gd离子向Tb“黑子的能破传递.图3(b)是Ib单播样品在274nm紫外光激发下的发光
18、光谱.位于489.544.586.624nm处的发射峥分别对应于TbJ离子的D1.F(J=6543)跃迁.其中542nm(,D1-7F)的峰。强RU。图3Tb捧狭岐5Tb3)的液发光谱和发射光制b1.Fig.3ExciUtiona)andemission(b)spectraOfTbjdopedg1.ass(Tb3)图4是Ce挎杂玻璃Ce1.)的激发光i普和发射光谱.激发光谱由峰值位于291nm和32Onm的两个宽带激发峰构成,对应于CCA的4f_52跃迁。Wave1.ength(nn)图4C小梅杂玻璃(CcI)的激发尤浴和发射光诲Kg.4Kxct1.a1.kinIindHKixmpec1.ru
19、ofCe,*Ik)Pedg1.as(CcI)图S不同Cj离r浓度的3捧不破鹤在320nm激发下的发射光出F.5EmissionspectraofCedopedg1.asseswithdifferentCOiKcmiutionofCeionsunder320nmexciuhn.图5为不同Ce离子浓度的Ce“拷杂玻璃的发射光谱,激发波长为320nm.可以存到.防着CcM离f浓度的增加,发射峰位置逐渐向长波方向移动,与爵外截止波长的变化规律相同.其原因也是由干玻璃中CeJ离f所处的晶体场强度用Cc2Ox含尿的增多而变大,导致激发态51能级的分裂程度加剧,形成的Sd态能带更加接近4f基态,从而使WTf
20、间的电子跃迁时应的波长发生红楼此外,CC“离子的发光随其掺杂浓度的增加而逐渐收曲.其原因可以从两个方面就择:一方面是由于Cegs含崎的增加使Ce“离子之间的距离变小,能量在Cc离子间不断迁移而未及辐射.Jfifi1.1.门卒灭的机会,出现了浓度猝灭效应u“:另一方面,当坡嫡组成中Ce?6含量过多时,Ce离子倾向于以不发光的CCg肉子存在.图6Tbr闪斑成璃(Tb3和TCITC3)的最发光W.监测波长为Tbitf,D1.?F,既迁vaci1.vedscinti1.1.atingg1.axes(Tb1.andTCITC3),moniioc1.atthe5DofTbutransition(.Cek离
21、子不但是一种高效的发光离子,对于很多稀土离子还是一种有效的敏化剂。为探究Cj对Tb发光性能的敏化作用,格Cc引入Th掺杂礼领硅酸盐玻璃中迸行更深入的研究,图6为Tb激活闪爆玻璃(Tb3和TC1TC3)的激发光谱,监澳波长为544nm.与Tb单播玻璃相比,Cc7Tb”共拣玻璃在26O375nn波长莅国内出现一个峰竹在320nm的新激发峰。对比图4中的Ce1.玻璃的激发光谱可知,这个激发带对应于CCJ的4f-5d电子跃迂,表明Tb能称通过CeS激发发光。可见,CVb“共拷玻瑞中存在CeA向Tb”的能地传递。此外,在图6中还可以观察到,随着CC“离子浓度的增加,激发峰的强健逐渐战小.这可能是由于样品
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