【48812】光学资料 闪耀玻璃的研讨进展

  掺杂闪耀玻璃具有较好的闪耀功能，受到了国内外研讨者们的广泛重视。近期，中科院高能物理研讨所钱森研讨员宣布了题为“3+掺杂闪耀玻璃的光学透过率、光产额、衰减时刻、抗辐照特性等功能进行了介绍，并详细剖析了其功能进步手法、运用和未来开展方向。

  掺杂Ce3+的闪耀玻璃因为其安稳、超卓的发光功能而大范围的运用在安检、医学成像、高能物理等范畴。相较于传统的闪耀晶体，闪耀玻璃本钱低价、制造流程与工艺简略且组成接连可调，是闪耀资料的杰出挑选。其发光闪耀机理如图1所示，高能粒子与闪耀资料经过光电效应和康普顿散射效应发生多步相互作用。很多高能电子-空穴对在导带和价带中发生和热退激，并在资猜中搬迁。在资料的禁带中，电荷载流子可能会引进相当大的搬迁推迟并被从头捕获。最终，发光中心接连捕获电子和空穴并经过辐射跃迁由此发生闪耀光。

  Ce3+掺杂的闪耀资料品种不断地被拓宽和丰厚。依据玻璃基质的不同，可大致分为氧化物玻璃、卤化物玻璃和微晶玻璃三种。

  硼酸盐玻璃（B系列）是以B2O3为网络构成体的玻璃。其长处是适宜各种元素掺入，安稳性高，熔点不高，对稀土溶解才能强，制备工艺简略等，但一起面对出射光强度低的窘境。表1给出了Ce3+掺杂硼酸盐闪耀玻璃的根本功能参数，针对密度低、发射峰波长小等缺点，研讨者们提出参加WO3、La2O3等重金属元素进步密度、参加离子半径较小的元素使得发射峰发生红移。

  硅酸盐玻璃（S系列）一般比磷酸盐和硼酸盐具有更佳的理化功能和耐热性，在紫外和可见光区域具有更高的透明度，是抱负玻璃基质。近年来，研讨者们经过掺杂SiO2–BaO–Gd2O3获得了更大透过率、更高密度和更抗辐照才能的闪耀玻璃，此外还剖析了不同掺杂份额下的功能。表2给出了常见的Ce3+掺杂硅酸盐玻璃的功能参数。

  而以B2O3和SiO2为网络构成的硼硅酸盐玻璃（BS系列）具有热膨胀系数小、抗热冲击强度高、外表硬度强和光学功能优异等优势，具有极端宽广的运用远景。研讨人员经过改动掺杂物的组分和份额，获得了不同功能的闪耀玻璃，其间一部分的功能由表3给出。

  除了上述几种氧化物玻璃，常见的基质玻璃还包含磷酸盐玻璃、钨酸盐玻璃和锗酸盐玻璃等。磷酸盐玻璃改变温度更低，而锗酸盐和钨酸盐玻璃密度大，吸收边较长，自吸收效应较强。

  卤化物玻璃是以氟化物或氯化物为首要网络构成体的玻璃。卤化物玻璃的折射率低，色散低，多用作光学玻璃系统，其具有密度大、透过率和量子产率高级优势，但制备工艺难且本钱较高。

  微晶玻璃即纳米晶复合玻璃，是在必定温度下进行晶化热处理，在玻璃内均匀地分出很多的细小晶体，构成细密的微晶相和玻璃相的多相复合体，更佳的闪耀功能是微晶相和玻璃相结合带来的，可是面对受辐照后闪耀不安稳的缺点。

  跟着CEPC研发的进行，高能物理研讨所王贻芳、钱森、刘勇等人提出了新一代闪耀玻璃+SiPM的强子量能器规划，闪耀玻璃的相关研讨也开端加快开展。2021年，高能物理研讨所联合北京玻璃研讨院、我国建材总院、井冈山大学、我国计量大学和哈尔滨工程大学等单位建立闪耀玻璃协作组，一起研发CEPC强子量能器用的高密度、高光产额的闪耀玻璃。

  井冈山大学孙心瑗课题组经过调整玻璃的组分，制备了一系列Ce3+SiO2–B2O3–Al2O3–Gd2O3玻璃(GS-1)。2021年，闪耀玻璃协作组对这些玻璃的闪耀功能和高能物理上的运用进行了深化的研讨。图2(a)所示是玻璃与BGO晶体在137Cs源下的能谱，玻璃的光产额为802 ph/MeV，能量分辨率为26.77%。相同测验条件下，玻璃被SiPM探测到的光子数约为BGO晶体的1/6。

  图 2. (a) 铝硼硅酸盐玻璃和BGO 晶体在137Cs(662 keV) 放射源下的能谱；(b) 余辉曲线年，我国计量大学秦来顺、唐高课题组制备了密度约为 4.2 g/

  Ce3+微晶相，并经过Ce3+代替La3+的办法获得了阳离子混合型的KLa1-xGdxF4:Ce3+纳米晶，运用能量传递效应显着进步了微晶玻璃的闪耀功能。进一步地，制备了Ce3+掺杂GC-2微晶玻璃。图3(a) 所示是该玻璃在137Cs 放射源下的能谱，玻璃的光产额为1601ph/MeV，能量分辨率为27.27%，探测到的光子数约为BGO 晶体的1/3。图3(b) 所示是玻璃的闪耀衰减时刻曲线，存在快慢两个重量，分别为210.39 ns(52.6%) 和1622.01 ns(47.4%)。图 3. (a) K2O–Y2O3–Gd2O3–SiO2微晶玻璃在137Cs (662 keV)放射源下的与BGO晶体的能谱；(b) 闪耀衰减时刻曲线. 总结与展望

  曩昔的闪耀玻璃重视光学功能，X 射线激发光方面的进步，而现在高密度、高光产额、快衰减时刻以及抗辐照特性成为点评闪耀玻璃功能的重要目标。现在，Ce3+

  cm3。可是，闪耀玻璃仍然难以统筹高密度、高光产额的功能。未处理这一问题，往后的制备办法和研讨方向能够会集在：1) 经过对玻璃原资料的进一步提纯削减原猜中的杂质，以此削减玻璃中的缺点；2) 参加适量的弄清剂，改进玻璃拌和工艺，削减玻璃中的气泡以进步玻璃的透过率；3) 运用复原气氛以及适宜的复原剂，防止Ce离子的氧化；4) 运用部分氟化物代替氧化物，下降玻璃的熔点以削减刚玉坩埚中杂质的引进，进步玻璃的均匀性；5) 削减玻璃中对闪耀功能晦气的元素的引进，添加Gd 元素在玻璃中的比重。论文原文：华哲浩，隋泽萱，钱森，等.Ce3+掺杂闪耀玻璃的研讨进展. 光电工程，2023，50(5): 220247. doi: 10.12086/oee.2023.220247

  大众号光行天下网站,大众号广告投进,联络微信号: cyqdesign科研稿件技术文章投递:

  渠道声明：该文观念仅代表作者自己，搜狐号系信息发布渠道，搜狐仅供给信息存储空间服务。