SGGG多晶料合成及晶体生长

掺杂钆镓石榴石(SGGG)晶体是一种性能优越的YIG液相外延片材料,解决SGGG基片内部均一性问题对生长合格的YIG外延片具有重要意义。本文采用固相法合成多晶料技术,考察了碳酸钙、碳酸镁、草酸钆等盐类化合物高温下反应生成SGGG多晶料规律,查明了掺杂元素、长晶温场对SGGG品质的影响。结果表明,使用碳酸钙、碳酸镁、草酸钆等盐类化合物有助于提高SGGG多晶料合成品质,弧顶式长晶温场生长的SGGG晶体内部质量良好,且所得切片晶胞参数满足YIG外延片使用需求。

Nd:Gd_3Ga_5O_(12)多晶原料合成及单晶生长研究

通过对晶体生长时和生长后原料挥发物的XRD分析,发现在炉膛内壁上的挥发物质是Ga2O3和Ga2O的混合物,而观察窗口及后加热器内壁上的挥发物主要是Gd2O3。为避免原料中Ga2O3的挥发,按化学计量比配料,在1300℃下,采用固相反应法合成了Nd∶Gd3Ga5O12(Nd∶GGG)多晶原料。用此多晶原料,采用提拉法进行了Nd∶GGG单晶生长研究,所获单晶的荧光发射峰位于1061 54nm。对晶体表面的开裂现象进行了分析。

共沉淀法制备Ce、Pr共掺杂GAGG粉体及发光特性

用化学共沉淀法一次煅烧工艺制备Ce,Pr∶GAGG粉体,利用XRD、SEM、荧光光谱仪等对样品表面形貌及发光性能进行表征,研究煅烧温度、沉淀剂引入草酸根对粉体发光性能的影响。结果表明,前驱体经950℃煅烧3 h后全部转变为GAGG相,Pr^(3+)、Ce^(3+)共掺未改变基质的物相结构;沉淀剂引入草酸铵后,粉体发射光谱积分强度由333 573 a.u上升至420 894 a.u,沉淀剂引入草酸根能提高粉体的发光性能。荧光寿命测试表明,在Ce∶GAGG中掺入Pr^(3+)可使Ce^(3+)的荧光寿命降低,衰减时间为35.43 ns。

掺钕钆镓石榴石晶体的激光性能

采用提拉法生长了Nd∶Gd3Ga5O12(Nd∶GGG)晶体。切割后的样品经过端面抛光,测试了荧光光谱、吸收光谱和激光性能。荧光光谱表明:晶体的最强的荧光发射峰位于1 062 nm,是Nd3+的4F3/2—4I11/2谱项导致的荧光发射。由吸收光谱发现:Nd∶GGG晶体的最强吸收峰位于808 nm,表明该晶体适合于激光二极管泵浦,并且吸收峰强度随掺杂离子浓度的增加而增加。激光性能测试结果表明:激光二极管泵浦时光光转换效率为33.8%,斜效率为57.8%。

CT的透视眼

结合闪烁材料设计开发与后端探测器应用需求及发展,基于CT装备对材料及器件的具体性能要求,有针对性地开发新一代面向医疗CT应用的闪烁材料与阵列。拟采用钆镓铝石榴石闪烁陶瓷为主要研究对象,通过阐明"材料设计-制备工艺-微观结构-闪烁性能"的内在关联与作用机制,实现高性能低成本稀土闪烁材料的性能裁剪与可控制备,显著地提升余辉、发光效率、抗辐照损伤等关键闪烁性能参数,使之满足未来CT、PET探测器的应用需求。

Nd：GGG晶体生长、光谱性能及激光性能(英文)

采用提拉法生长掺钕钆镓石榴石(neodymium-doped gadolinium gallium garnet,Nd:GGG)激光晶体,选择最佳工艺参数:提拉速率为2～4mm/h;转速为20～40r/min;冷却速率为20℃/h。测试了晶体的吸收和荧光光谱,结果表明:主吸收峰位于808nm,主发射峰位于9430cm–1,对应于Nd3+的4F3/2–4I11/2跃迁。对晶体样品进行了激光性能测试。结果表明:当泵浦功率为900mW时,对泵浦光的吸收效率为85%,激光输出波长约为1μm,激光输出功率为305mW,激光阈值功率为380mW,光–光转换效率达57.8%,斜效率达57.6%。

掺 Ca^(2+)的 Gd_3Ga_5O_(12)晶体正电子湮没研究

本工作测定了含 Ca^(2+)量为0—100ppm 的 GGG 单晶的正电子寿命和 S 线形参数。Ca^(2+)含量在0—13.0 ppm 时,(?)和 S_j 随[Ca^(2+)]增加而线性增加,在其他浓度,(?)_j 和 S_j 只有轻微上升。研究了掺 Ca^(2+)后氧空位产生及其变化。

Yb:Gd_3Ga_5O_12多晶粉体的制备及性能表征

采用溶胶–凝胶法合成了Yb:Gd3Ga5O12(Yb:GGG)多晶粉体。利用X射线衍射、热重-差热分析、扫描电镜、红外光谱、荧光光谱测试手段,对前驱体及煅烧的粉体的结构、形貌及光谱性能进行了研究。结果表明:950℃煅烧的粉体已是属于体心立方的晶体结构的Yb:GGG纯相。热重–差热分析表明:Yb:GGG超细粉体的总的质量损失为29.13%,初晶化温度在830.6℃附近,粉体在1246℃左右晶化程度较高。随着煅烧温度的提高前驱粉体粒度不断增加,形成Yb:GGG纯相的最佳的煅烧温度为950℃,所获得的纳米粉体粒度约为80～100nm,粒径均匀、分散性和流动性较好。荧光光谱表明,主要发射峰位于1030nm,是Yb3+的基态2F7/2与激发态2F5/2能级跃迁导致的荧光发射。

Tm,Ho:Gd3Ga5O12粉体合成并制备陶瓷性能表征

采用溶胶-凝胶法合成了Tm,Ho:Gd 3Ga 5O 12(Tm,Ho:GGG)超细纳米粉末,煅烧纳米粉末以用来烧结透明陶瓷.对纳米粉末进行模塑,煅烧和烧结,并通过真空烧结法制备GGG透明陶瓷同时确定陶瓷烧结方法.通过X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光荧光光谱仪(PFS)分析样品的粒度和结构.分析结果表明,粉末在900℃煅烧下粒度均匀且分散性好.荧光光谱测试结果表明,Tm,Ho:GGG陶瓷主要发射峰位于2.02μm(即2 020 nm),该荧光是由Ho 3+的5I 7→5I 8转变产生的荧光发射.透过光谱测试结果表明,烧结后的Tm,Ho:GGG陶瓷样品透过率约为85.8%.

聚氨酯抛光垫机械抛光钆镓石榴石晶片

钆镓石榴石(gadolinium gallium garnet,GGG)晶片是一种性能优良的激光材料,但其在抛光后易产生划痕、效率低。为保证GGG晶片的平面度、提高抛光效率,同时控制划痕现象,使用聚氨酯抛光垫进行机械抛光,研究抛光压力、抛光盘转速对平面度和表面粗糙度的影响。研究表明:使用聚氨酯抛光垫可以有效避免加工过程中产生划痕。在载荷127g/cm2,转速70r/min的条件下,抛光30min后的平面度可达到226nm,表面粗糙度RMS可达到36.3nm;表面缺陷较小,可被后续化学机械抛光很快去除。

微量MgO掺杂对GAGG∶Ce晶体光学和闪烁性能的影响

共掺杂离子是优化晶体闪烁性能的重要手段之一,本文采用提拉法生长了GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,0.1%Mg晶体。通过测试硬度、透过率、X射线激发发射(XEL)谱和符合时间分辨率等方法研究了微量MgO掺杂对GAGG∶Ce光学及闪烁性能的影响。GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,Mg的维氏硬度平均值分别为1430 kg/mm^(2)和1420.4 kg/mm^(2),表明Mg^(2+)的掺杂几乎没有对GAGG∶Ce的硬度产生影响。XEL谱结果表明,共掺杂Mg^(2+)后GAGG∶Ce晶体的发光峰值波长约为540 nm,但5d_(1)→^(2)F_(5/2)及5d_(1)→^(2)F_(7/2)发射峰红移了12~24 nm,Mg^(2+)的引入可能改变了Ce^(3+)的5d1激发态向^(2)F_(5/2)和^(2)F_(7/2)跃迁几率分布。通过共掺杂Mg^(2+),发现尽管光产额由5.8×10^(8)lx/MeV(58000 ph/MeV)降低为4.15×10^(8)lx/MeV(41500 ph/MeV),但GAGG∶Ce,Mg符合时间分辨率得到了显著改善,达146 ps。此外,比较不同尺寸样品的光产额,发现GAGG∶Ce,Mg对闪烁发光的自吸收程度小于GAGG∶Ce。以上结果表明,微量MgO掺杂是优化GAGG∶Ce晶体闪烁性能的有效途径。

无机闪烁体钆镓铝石榴石(GAGG)的性能研究及应用

讨论了新型无机闪烁体——钆镓铝石榴石(GAGG)的应用前景,对该种闪烁体的各项性能进行实验测试,发现其发光衰减快,能量分辨率较高,余辉时间短,与传统无机闪烁体相比有较明显性能优势。在此基础上,采用GAGG闪烁体耦合新型光电转换器件硅光电倍增管,研制成单通道辐射探测器,并对其基本性能进行了测试。

用液相沉淀法或固相法合成Nd：GGG粉体并制备透明陶瓷

比较了用液相沉淀法或固相法合成的粉体以及最终制得的掺钕钆镓石榴石(neodymium-doped gadolinium gallium garnet,Nd:GGG)陶瓷的性能。结果表明:液相法合成的粉体粒度均匀、粒径小,经干压成型后、在1650℃低真空(1.1×10~3Pa)状态下烧结2～3h得到一定透明度的Nd:GGG陶瓷。用固相法制备的粉体成型后、在1750℃烧结2～3h得到的Nd:GGG陶瓷完全不透明。测得半透明的Nd:GGG陶瓷的吸收光谱和荧光光谱,计算出807nm的峰值吸收截面为1.0×10^(-20)cm^2,最强发射峰在1061nm。

铒镱共掺钆镓石榴石激光晶体生长及荧光光谱分析

采用提拉法生长了掺10%(摩尔分数,下同)Yb3+、掺Er3+分别为3%,5%和10%的Er3+:Yb3+:Gd3Ga5O12(Er:Yb:GGG)晶体。分析了Er:Yb:GGG晶体的结构和荧光光谱。结果表明:所生长的晶体属于立方晶系,Ia3d空间群。在980nm激光激发下,晶体样品在1000～1600nm范围内存在3个较强的发射带,相应的发射峰分别位于1030,1471nm和1534nm附近。由于Yb3+对Er3+的敏化作用,随着Er3+掺量的递增,1030nm处的发射峰强度逐渐减弱,1471nm和1534nm处的发射峰强度逐渐增强。计算了各个发射峰的受激发射截面积,铒和镱离子掺量为10%的晶体(10%Er:10%Yb:GGG)的受激发射截面高达2.0073×10–18cm2,可以产生较强的1534nm人眼安全波段的激光。

均相共沉淀及凝胶燃烧法制备Yb:GGG纳米粉的比较(英文)

用均相沉淀法和凝胶燃烧法分别合成了掺镱钆镓石榴石粉体(Yb^(3+)Gd_3Ga_5O_(12),gadolinium gallium garnet doped with ytterbium,Yb:GGG)。借助X射线衍射、透射电镜、热分析、红外光谱及荧光光谱等手段对制备粉体的结构、形貌、热分解过程及光谱特性进行对比分析。结果表明:在900℃煅烧8h后,2种方法均能获得单相立方的Yb:GGG纳米粉体。均相沉淀法及凝胶燃烧法得到的粉体平均粒径分别约为80nm和47nm。在488nm激发波长下,2种方法获得的Yb:GGG粉体的荧光光谱相似,荧光发射的最强峰位于1 027nm处,是Yb^(3+)的~2F_(7/2)→~2F_(5/2)谱相导致的荧光发射。

中红外热熔激光陶瓷粉体制备与性能表征

通过溶胶–凝胶法合成Tm,Ho:Gd3Ga5O12(Tm,Ho:GGG)纳米粉体,以Ga(NO3)3和Gd(NO3)3为原料,并用一定量的Tm和Ho取代Gd,合成了Tm,Ho:GGG超细粉体。借助X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、热重分析及荧光光谱技术分析了Tm,Ho:GGG超细粉的相结构,热稳定性,粒径和形貌。结果表明:Tm,Ho:GGG在900℃煅烧后获得粒径均匀,分散性和流动性好的GGG纯相纳米粉末,尺寸在70~90 nm之间。荧光发射的最强峰位于1950 nm,是由Ho^3+的5I7→5I8转变产生。

面向核退役场景的阵列式康普顿相机成像系统研制

基于23×23阵列GAGG(Ce)探测器以及行/列读出电路设计并研制了适用于核退役场景的康普顿相机系统,探测器由阵列式掺铈钆铝镓石榴石[GAGG(Ce)]耦合硅光电倍增管(Si-PM)而成;开发了基于GPU加速的SOE(subsetdriven origin ensemble iteration)算法,用于加速重建过程。完成研制后,评估了探测器及系统性能:探测器性能方面,所研制相机的能量分辨率为6%±0.6%@662 keV(半峰全宽),位置分辨率为2.2 mm,探测器能量线性度良好(线性拟合优度R2=0.991);成像性能方面,对于活度为1.11×10^(7)Bq的^(137)Cs点源,将其放置在成像系统正前方3.4 m处的初步成像时间仅需20 s,成像系统角分辨率为7°@JND(just noticeable difference)。最后针对应用场景进行了模拟,结果表明:本文研制的康普顿相机可在π视场范围内同时对多个放射源进行成像定位,可用于核退役放射性测量过程,减少作业人员受照剂量。

确定磁性体在绝热磁化过程中达到最高温度的方法

在磁性体磁化过程中,决定其能够达到的最高温度,对磁热材料的优化选取是重要的.本文以钆镓石榴石(Gd_3Ga_5O_(12))为例,根据高磁场下趋近饱和定律的思想,给出了低温、超强磁场下,Gd_3Ga_5O_(12)晶体等效磁化率的定量形式.在外磁场从0—40T范围内,计算了该晶体的磁熵变、声子熵变以及磁性体温度随外磁场的变化,结果均与实验值符合较好.利用声子熵变与饱和磁熵变曲线交点的唯一性,给岀了在磁性体磁化过程中,确定其温度达到最大值的方法,预言了Gd_3Ga_5O_(12)晶体在绝热磁化过程中达到的最高温度为64.7K.该方法还可以对所加外磁场大小进行预言或估计.