哈爾濱工程大學(xué)物理與光電工程學(xué)院任晶教授團(tuán)隊(duì)在X射線成像領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究成果以“Intense radioluminescence from transparent CsGd2F7: Ce3+ nano-glass scintillator"為題發(fā)表在國(guó)際知*期刊《Journal of the European Ceramic Society》上。哈爾濱工程大學(xué)為該論文第一單位，任晶教授/張建中教授為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果，希望對(duì)您的科學(xué)研究或工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)一些靈感和啟發(fā)。

應(yīng)用方向：閃爍體、微晶玻璃、X射線成像

在X射線成像應(yīng)用中，能夠同時(shí)自校準(zhǔn)溫度和輻射劑量的閃爍體材料具有重要意義，尤其是在條件多變的環(huán)境中。傳統(tǒng)測(cè)量方法往往依賴于單一波段發(fā)射強(qiáng)度的變化，需要額外的校準(zhǔn)程序來(lái)保證測(cè)量精度。而采用熒光強(qiáng)度比（FIR）的傳感器可以有效應(yīng)對(duì)環(huán)境因素導(dǎo)致的光強(qiáng)變化，為非接觸式測(cè)量提供了一種可靠方案。

圖1. 納米玻璃閃爍體的納米級(jí)表征：（a）樣品與 CsGd?F?晶體的 XRD 圖譜（PDF#27–0112，紅線）；（b）GC-710 的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像，插圖為 CsGd?F?晶體結(jié)構(gòu)示意圖；（c）GC-710 的暗場(chǎng)透射電鏡（TEM）圖像，以及對(duì)應(yīng)的（d）Si、（e）Gd、（f）F（g）Cs、（h）Ce 元素映射圖，元素濃度通過(guò)顏色亮度反映。

任晶教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型的析出CsGd?F?:Ce3?納米晶（NCs）的新型納米玻璃閃爍體，其通過(guò)熔融淬火和可控?zé)崽幚砉に囍苽?。高分辨率透射電子顯微鏡顯示，平均粒徑 50 nm 的 CsGd?F?:Ce3?納米晶均勻分散于玻璃基質(zhì)中，被富 SiO?非晶層包裹，結(jié)晶度約 5%。

該納米玻璃的放射發(fā)光性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)材料：X 射線激發(fā)發(fā)光（XEL）積分強(qiáng)度達(dá)標(biāo)準(zhǔn) BGO 晶體的 316%，662 keV γ 射線能量分辨率為 17.4%，光產(chǎn)額 827±8 ph/MeV。其輻射硬度優(yōu)異，在 2.112 kGy 累積劑量下 XEL 強(qiáng)度波動(dòng)＜26%，熱退火后完*恢復(fù)；熱穩(wěn)定性良好，300℃下仍保持高效發(fā)光， 500℃高溫測(cè)試后性能可恢復(fù)。

圖 3. 納米玻璃閃爍體的閃爍特性。（a）樣品與 BGO 的 X 射線激發(fā)發(fā)光（XEL）光譜，虛線顯示積分 XEL 強(qiáng)度隨輻照時(shí)間（長(zhǎng)達(dá) 176 分鐘）的變化；（b）計(jì)算得到的 GC-710 與 BGO 在 50 keV X 射線下的衰減效率隨樣品厚度的變化，插圖為 GC-710 的放射發(fā)光（RL）衰減曲線及雙指數(shù)擬合（藍(lán)色曲線）；（c）GC 在 28–500℃升 - 降溫循環(huán)中的 XEL 光譜，插圖為升 - 降溫過(guò)程中 XEL 強(qiáng)度的變化；（d）GC-710 與 BGO 的 137Cs γ 射線脈沖高度譜，插圖為 GC-710 的局部放大圖。

圖 4. 基于納米玻璃閃爍體的 X 射線成像演示（a）X 射線成像系統(tǒng)示意圖；（b）微芯片的 X 射線圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）；（c）調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）隨空間頻率（lp/mm）的變化曲線，空間分辨率（MTF=0.2 時(shí)）為 8.8 lp/mm；（d）標(biāo)準(zhǔn) X 射線分辨率測(cè)試模板的明場(chǎng)圖像（劑量率：30 mGy air/s，電壓：60 kV）。

基于該材料構(gòu)建的 X 射線成像系統(tǒng)空間分辨率達(dá) 8.8 lp/mm，優(yōu)于 CsPbBr?納米玻璃（4.1 lp/mm），接近商用 CsI:Tl 閃爍體（10 lp/mm），成功實(shí)現(xiàn)微芯片的清晰成像。研究表明，CsGd?F?:Ce3?納米玻璃閃爍體在高能射線探測(cè)、高溫環(huán)境成像等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力，其性能提升歸因于納米晶的低缺陷結(jié)構(gòu)和 Gd3?-Ce3?間高效能量轉(zhuǎn)移。

未來(lái)可通過(guò)優(yōu)化結(jié)晶度和摻雜濃度進(jìn)一步提升性能，為輻射檢測(cè)與醫(yī)學(xué)成像提供新方案。該研究為開(kāi)發(fā)高性能閃爍體材料奠定了基礎(chǔ)，有望在X射線探測(cè)、成像等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

配置推薦：

文中CsGd?F?:Ce3?玻璃的X射線激發(fā)發(fā)光（XEL）測(cè)試，采用的是北京卓立漢光儀器有限公司的閃爍體性能測(cè)試系統(tǒng)，配備X射線管。該設(shè)備組合可用于研究新型閃爍體材料的發(fā)光特性。

下圖為任晶教授團(tuán)隊(duì)所使用卓立漢光公司的熒光光譜儀及相關(guān)設(shè)備，主要用于新型光電材料與器件的研究。

閃爍體性能測(cè)試系統(tǒng)                         X射線成像系統(tǒng)

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