稀土铈离子掺杂镥铝石榴石光学透明闪烁陶瓷

首先简单介绍了国际上目前在闪烁透明陶瓷研究领域所涉及的材料体系、发展水平及存在的主要问题,然后重点介绍中国科学院上海硅酸盐研究所近年来在稀土铈离子掺杂镥铝石榴石(LuAG:Cze)透明闪烁陶瓷的制备、微观结构和光学性能等方面的研究结果。采用高温固相反应和共沉淀方法通过真空烧结工艺可制备透过率达77%的LuAG:Ce透明陶瓷。材料显微结构均匀,平均晶粒尺寸为10μm。在γ射线激发下、在国际上首次成功实现了闪烁输出,光产额为4818光子/MeV,为同样条件下测定的LuAG:Ce单晶的45%,锗酸铋(bismuth germanate,BGO)单晶的60%。最后,指出具有各向同性的立方材料体系、高质量粉体原料的制备以及降低光学散射损耗的有效方法是研制高质量光学透明陶瓷材料的关键因素。

Ce^(3+)掺杂镥铝石榴石纳米粉体的合成与表征

以硝酸镥、硝酸铝和硝酸铈为初始原料,采用溶剂热均匀沉淀-煅烧法合成了铈掺杂镥铝石榴石(Lu3Al5O12∶Ce,LuAG∶Ce)纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、光致发光谱(PL)及荧光寿命等分析测试手段对所合成样品进行表征,并计算了其CIE色坐标。结果表明,Ce^(3+)的掺入并未改变LuAG基质的晶格结构,且粉体结晶很好,近球形,颗粒尺寸约为20nm;荧光光谱显示了Ce^(3+)的5d→4f特征发射,CIE色坐标表明LuAG∶Ce荧光粉呈现出亮绿光;荧光寿命曲线遵循单指数衰减,其荧光寿命值为51ns。

介电谱在镥铝石榴石晶体中的应用

为研究提拉法生长的镥铝石榴石单晶中的缺陷,采用波长为254 nm、功率为36 W的4根低压汞灯灯管,室温下在距离镥铝石榴石单晶样品15 cm远处对其进行紫外光辐照24 h,之后在样品上下两个7 mm×7 mm表面镀上电极,置于一夹具内,夹具内部由机械泵维持真空环境,外部由液氮控制温度,利用HP4194A阻抗分析仪对紫外光辐照前后的镥铝石榴石单晶进行介电谱测试。实验结果表明:紫外光辐照后的镥铝石榴石单晶的介电损耗峰出现弛豫,由该弛豫峰对频率的依赖关系表明这种介电弛豫行为是属于偶极子取向极化的弛豫型响应,由此根据偶极子的弛豫机理推断在镥铝石榴石单晶的晶格中可能存在一定数量的缺陷。

制备条件对镥铝石榴石纳米粉体合成的影响

采用溶剂热法研究起始材料硝酸镥(Lu(NO_3)_3·6H_2O)和硝酸铝(Al(NO_3)_3·9H_2O)中结晶水去除前后对镥铝石榴石(LuAG)纳米粉体合成的影响;比较高温热处理对LuAG纳米粉体合成的影响;利用X射线衍射仪、红外光谱仪、透射电子显微镜分析所得粉体的物相组成、微观形貌和分散情况。结果表明,对于含结晶水的起始材料采用溶剂热法能够合成纯相的LuAG纳米粉体,颗粒尺寸为100 nm左右且具有较好的分散性;高温热处理后,纳米粉体结构趋于完整,但纳米颗粒有团聚现象。认为原材料中结晶水的去除不利于溶剂热法合成LuAG纳米粉体,而高温热处理所得的LuAG纳米粉体均已结晶。

微波快速固相合成铈掺杂镥铝石榴石

通过微波固相法快速合成了名义组成为Lu（3-x）CexAl5O（12）（x=0.04~0.10）的镥铝石榴石荧光粉,研究了微波辐射时间和铈掺杂量对荧光粉物相组成和发光性能的影响。结果表明,微波加热20~30 min即合成出纯度较高的镥铝石榴石,LuAG：Ce^（3＋）的发射峰约为516 nm,激发峰约为342 nm和441 nm,在相同铈原子比条件下延长合成时间有利于提高发光性能。制备的荧光粉颗粒大部分为2~4μm的椭球形,小部分呈针棒状,长5~10μm,直径约1μm;颗粒间有轻微烧结团聚。

?5.5cm Lu_3Al_5O_(12)∶Pr晶体生长与闪烁性能研究

采用中频感应提拉法生长出?55mm×100mm的好质量Lu3Al5O12∶Pr(Pr∶LuAG)晶体,并对晶体进行X线粉末衍射(XRD)测试,计算了晶胞参数,测试了晶体室温下的透过率、X线激发发射谱、脉冲高度谱和脉冲形状谱。实验结果表明,Pr∶LuAG晶体的发光中心波长为308nm,光输出为19 000光子/MeV,能量分辨率为7.2%@662keV,衰减时间为23ns。

Ce:LuAG粉体的溶胶-凝胶燃烧法制备和发光性能

以尿素、甘氨酸为燃烧助剂,采用低温溶胶-凝胶燃烧法制备多晶Ce离子掺杂Lu3Al5O12（Ce∶LuAG）粉体.X射线衍射（XRD）检测结果表明,前驱体在700℃条件下开始出现弱的晶化峰,850℃时晶化逐步完全,1 000℃时晶粒发育完善,得到单相Ce∶LuAG粉体,一次粒径约40 nm.紫外激发条件下,Ce掺杂LuAG粉体表现出涵盖480～700 nm的宽带发射,中心位置位于530 nm左右.随着煅烧温度的提高,两种燃烧助剂所得Ce∶LuAG粉体的发光强度明显增强,甘氨酸法所得粉体的分散性和发光强度均优于尿素法.

共沉淀法合成制备Ce^3＋掺杂Lu3Al5O12纳米粉体

用碳酸氢铵作为沉淀剂,将硝酸镥、硝酸铝和硝酸铈配成混合溶液,采用反滴定共沉淀及低温煅烧前驱体的方法制备Lu3A l5O12(Ce)纳米发光粉体.采用热分析(TG-DTA)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和光致发光(PL)等分析测试方法对Lu3A l5O12(Ce)粉体制备过程中的物理化学变化及粉体的激发发射发光性能进行了研究.结果表明,采用反滴定共沉淀法制备工艺,经过1000℃煅烧2h,可以得到晶粒尺寸为30nm左右,仅有轻微团聚,单一石榴石相的Lu3A l5O12(Ce)粉体.并且在1000℃处理得到的粉体的光致发光最强.

共沉淀法制备Lu3Al5O12∶Ce陶瓷发光粉体的研究

报道了用反滴定共沉淀法及低温煅烧前驱体的方法制备Ce3＋s杂的Lu3Al5O12石榴石陶瓷发光粉体的研究。通过对实验中制备的Lu3Al5O12∶Ce前驱体和煅烧粉体进行的X射线粉末衍射（XRD）和透射电镜（TEM）的测试表征表明,在1000℃烧结热处理2h即可获得完全单一的立方相Lu3Al5O12∶Ce粉体,粉体的平均粒径-30 nm。而随烧结温度的增加,粒径有增大的趋势。在1000℃空气氛热处理的Lu3Al5O12∶0.5%Ce发光粉体具有最强的荧光发射。粉体经干压、等静压成型后,在1800℃经流动的H2气氛常压烧结保温6 h可获得半透明Lu3Al5O12∶0.5%Ce陶瓷。X射线激发下的快分量衰减时间短至十几ns,占发光成分中主要部分的慢分量为-100 ns。

Ce掺杂浓度对Ce,Ca:Lu_(3)Al_(5)O_(12)陶瓷闪烁性能的影响

以共沉淀纳米粉体为原料,制备不同Ce掺杂浓度的x%(摩尔分数)Ce,0.15%Ca:Lu_(3)Al_(5)O_(12)(Ce,Ca:LuAG,x=0.1~0.5)闪烁陶瓷。在分析了Ce,Ca:Lu AG陶瓷的相组成和微观结构的基础上,研究了其闪烁特性与Ce浓度的关系,包括X射线激发发射光谱、光致发光衰减、闪烁衰减、光产额及快分量、余辉。当Ce浓度超过0.3%时,光致发光衰减的加速证实了浓度猝灭的发生。Ce,Ca:LuAG陶瓷的X射线激发发射强度和光产额在Ce浓度为0.3%时达到最大值。随着Ce浓度的增加,陶瓷的余辉水平逐渐降低。最后讨论了Ce,Ca:LuAG闪烁陶瓷的制备和性能优化的策略。

用于海洋渔业的LED COB的封装研究

近十年来,开发新型节能光源是海洋捕捞的重要研究方向之一。随着半导体技术的发展,人们希望用更节能的大功率LED灯取代传统的金属卤化物灯。本文研制了两种绿色荧光粉,Lu AG∶Ce(Lu_(2.945)Al_5O_(12)∶0.055Ce)和YGa AG∶Ce(Y_(2.96)Al_(3.4)Ga_(1.6)O_(12)∶0.04Ce),并将之与江苏博睿光电股份有限公司的商用荧光粉GM537H7D2进行了对比。用3种荧光粉封装功率为60 W的蓝光LED(芯片的发光波长为450 nm附近)COB,发现当硅胶和荧光粉LuAG∶Ce的比例为1∶0.10时,COB流明光效最高,达到125 lm/W;YGaAG∶Ce荧光粉封装COB流明光效最高可达112 lm/W。与之相比较,用商用荧光粉GM537H7D2封装最高可达120 lm/W。LuAG∶Ce荧光粉的最强发射波长在520 nm附近,且其光转化效率很高;在硅胶和荧光粉的比例为1∶0.10时,COB在430~570 nm段可输出较大的光功率,且COB整体的电光转化效率高于33.6%;430~570 nm波段的蓝绿光对鱿鱼等多种海洋经济动物最具诱集效果。因此可认为:LuAG∶Ce荧光粉非常适用于海洋捕捞业的LED大功率COB封装。