近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光與紅外材料實(shí)驗(yàn)室在快響應(yīng)LuAG:Ce閃爍陶瓷方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果研究發(fā)表在《美國(guó)陶瓷協(xié)會(huì)期刊》上。

LuAG:Ce閃爍陶瓷由于其優(yōu)異的閃爍性能，被認(rèn)為是一種有應(yīng)用前景的閃爍體材料。近年來(lái)，LuAG:Ce陶瓷閃爍體表現(xiàn)出的優(yōu)異的抗輻照損傷性能，引起高能物理領(lǐng)域的關(guān)注，但材料中存在的本征的或其他雜質(zhì)缺陷，使其實(shí)際光輸出遠(yuǎn)低于理論值，閃爍過(guò)程中存在著慢發(fā)光分量。目前，Mg²⁺共摻雜已被證實(shí)是提高LuAG:Ce陶瓷閃爍性能的方法之一，且在LuAG中Ca²⁺離子進(jìn)入十二面體格位所需的能量比Mg²⁺離子所需能量更低。

基于此，科研人員制備出一組Ca²⁺離子梯度摻雜的LuAG:Ce陶瓷，摻雜濃度在0-0.5at%范圍內(nèi)，并對(duì)制備陶瓷的性能進(jìn)行表征。研究表明，在所有Ca²⁺離子摻雜的樣品中均看到了Ce⁴⁺離子的存在，且陶瓷樣品中缺陷引起的熱釋光峰強(qiáng)度顯著降低，因此LuAG:Ce,Ca陶瓷的光產(chǎn)額相比于未摻雜樣品來(lái)說(shuō)均有所提升，快發(fā)光分量占比增加。尤其是Ca²⁺-0.2at%的樣品，其光產(chǎn)額達(dá)到24,400 ph/MeV，快發(fā)光分量占比接近90%，衰減時(shí)間快分量時(shí)間常數(shù)約為48 ns。但隨著Ca²⁺離子摻雜濃度增加，陶瓷發(fā)光熱猝滅的開始溫度逐漸向低溫方向移動(dòng)，使得光產(chǎn)額降低。當(dāng)Ca²⁺離子摻雜濃度高于0.3 at%時(shí)，由于Ca²⁺摻雜導(dǎo)致的晶格失配或者其他點(diǎn)缺陷等引起的熱釋光峰的強(qiáng)度開始升高，使得慢分量開始增加。因此，綜合考慮陶瓷的光產(chǎn)額及衰減時(shí)間，其最佳摻雜濃度為0.2 at%。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。

原文鏈接

（a）梯度摻雜陶瓷樣品的吸收光譜；（b）X射線激發(fā)發(fā)射譜；（c）不同門寬下的光產(chǎn)額；（d）衰減時(shí)間曲線；（e）TSL曲線；（f）不同溫度下X射線激發(fā)發(fā)射強(qiáng)度