目前，閃爍材料作為閃爍探測(cè)器中的關(guān)鍵部件被廣泛的應(yīng)用于高能物理、醫(yī)學(xué)成像以及油田勘探等領(lǐng)域，但是閃爍材料的缺陷卻影響了探測(cè)器的性能。近日，中國(guó)科學(xué)院設(shè)計(jì)制備了LuYAG：Pr和LuAG：Ce，Mg閃爍陶瓷可有效地抑制缺陷，提高設(shè)備的性能。

    據(jù)悉，LuYAG:Pr和LuAG:Ce,Mg閃爍陶瓷由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李江團(tuán)隊(duì)通過(guò)“能帶工程”和“缺陷工程”對(duì)LuAG閃爍陶瓷中淺能級(jí)缺陷的濃度和陷阱深度進(jìn)行調(diào)控設(shè)計(jì)制備，它們的光產(chǎn)額分別達(dá)到24400ph/MeV和25000ph/MeV。這是國(guó)際范圍內(nèi)同類閃爍陶瓷所達(dá)到的最高光產(chǎn)額。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論應(yīng)用》（Phys. Rev. Applied,2016,6: 064026）以及《先進(jìn)光學(xué)材料》（Adv.Opt.Mater,2016,4:731）上。

    作為閃爍探測(cè)器中的關(guān)鍵部件，閃爍材料廣泛應(yīng)用于高能物理、醫(yī)學(xué)成像以及油田勘探等領(lǐng)域。然而閃爍材料中的缺陷會(huì)因捕獲輸運(yùn)過(guò)程中的載流子，延遲閃爍發(fā)光降低光產(chǎn)額，而最終影響閃爍探測(cè)器性能。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用第一性原理計(jì)算、低溫?zé)後尮庖约巴捷椛涞燃夹g(shù)手段對(duì)材料中缺陷的存在形式和缺陷濃度進(jìn)行表征。提出“能帶工程”和“缺陷工程”共同作用的機(jī)制，并設(shè)計(jì)制備閃爍陶瓷材料LuYAG:Pr和LuAG:Ce,Mg，成功抑制了材料中的淺能級(jí)缺陷，實(shí)現(xiàn)了材料綜合閃爍性能的提升。

    Y3+取代LuAG:Pr不同于一般的離子取代，Y3+與Lu3+離子半徑以及化學(xué)性質(zhì)等接近，取代后不會(huì)在禁帶中增加額外能級(jí)，而是導(dǎo)致禁帶寬度減少，并使得材料中以反位缺陷為主的淺能級(jí)缺陷濃度下降（如圖）。低溫?zé)後尮獗砻鳎O(shè)計(jì)制備的材料中缺陷濃度大幅下降。光輸出衰減動(dòng)力學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，材料中慢發(fā)光分量低于30%，光產(chǎn)額提高20%（Phys.Rev.Applied, 2016,6:064026）。Mg2+摻雜LuAG:Ce通過(guò)控制Ce4+/Ce3+比例，減少了電子陷阱缺陷在載流子輸運(yùn)中的影響，使得材料光產(chǎn)額超過(guò)LuAG:Ce單晶50%。閃爍衰減測(cè)試表明材料中快發(fā)光分量達(dá)到60%（Adv.Opt.Mater,2016, 4: 731）。

    目前，閃爍陶瓷的研究工作已經(jīng)被列為國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目，由上海市科委國(guó)際交流合作項(xiàng)目、中科院國(guó)際訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目等資助。這是科技領(lǐng)域的重大發(fā)明成果，將會(huì)被廣泛的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。

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責(zé)任編輯：王元

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