Pr3+/Bi3+共掺杂LaAlO3基X射线荧光粉的制备及其闪烁特性的研究

作     者：王雪晴 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘春光

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：LaAlO3 Pr3+ X射线荧光粉 

摘      要：X射线荧光粉能够有效地将高能电离辐射（X射线等）转化为低能电离辐射（紫外-可见光）,被广泛应用于医学诊断、剂量检测等方面。目前的商用荧光粉主要是以卤化物为基质掺杂稀土离子,卤化物基X射线荧光粉在X射线照射下发光性能良好,但由于其结构特点,导致这种材料物理化学性质不稳定、易潮解且对环境有污染。因此,开发稳定性好、合成方法简单、对环境友好、发光性能优良的X射线荧光粉是一个热点问题。本文首先采用高温固相法在空气气氛下1500℃煅烧3小时成功制备了具有不同Pr掺杂浓度的LaAlO:PrX射线荧光粉样品,粒子的平均尺寸为2.44μm。荧光粉在激发波长为449 nm的光激发下和X射线激发下的发射光谱特征相同,都可以观察到位于490 nm,归属于P→H跃迁的蓝绿色最强发射峰,以及位于611 nm处,归属于D→H跃迁的红光发射峰。讨论了样品的红光发射是由于电荷迁移（IVCT）态的相对位置导致P能级发生猝灭,同时增强D能级的红光发射。随着Pr离子浓度的增加,样品的光致发光强度和X射线激发下的发光强度均呈现先增加后减弱的趋势,并在Pr离子掺杂浓度为0.9%时达到最强。对LaAlO:Pr样品进行荧光衰减分析,计算结果表明其平均衰减时间为20μs。另外还测试了样品的变温光谱,当温度达到473 K时,位于611 nm处的发射强度保持在室温的49%。随后,取最优样品LaAlO:0.9%Pr置于X射线下拍摄其发光情况,可以看到样品呈明亮的红橙色,CIE色坐标为（0.60,0.40）。此外,样品在X射线激发下的余辉测试结果表明,样品在X射线下没有余辉。以上结果都表明,LaAlO:PrX射线荧光粉在X射线成像方面具有潜在的应用价值。其次,为了提高LaAlO:PrX射线荧光粉的发光强度和优化其性能,采用高温固相法制备了不同浓度Bi离子掺杂LaAlO:PrX射线荧光粉样品。XRD和SEM测试结果显示,Bi离子掺入后,样品仍然是纯相,粒子的平均尺寸约为2.55μm。荧光粉在激发波长为254 nm的光激发下和X射线激发下仍然可以观察到位于611 nm处的红光发射峰,这与CCD的高灵敏感光波长相匹配,并且随着Bi离子掺杂浓度的增加,该处红光发射峰逐渐增强,并在Bi离子浓度为1.1%时达到最强。接下来,分别测试了LaAlO:Bi的发射光谱和LaAlO:Pr的吸收光谱,可以看到Bi离子位于366 nm的发射峰和位于358 nm处Pr离子的吸收峰,两者有重叠,说明存在Bi离子向Pr离子的有效共振能量传递。同时荧光衰减曲线结果表明,随着Bi离子掺杂浓度增加,Pr离子的荧光衰减时间_(（6）从20μs增加到28μs,也能够验证Bi离子向Pr离子的能量传递。此外,对LaAlO:0.9%Pr,1.1%Bi荧光粉进行了热稳定性测试,观察到当温度升高至473 K时,位于611 nm处的发射峰强度保持在初始温度的68%左右。另外,拍摄了一系列浓度的圆片样品在X射线照射下的发光图片,可以观察到随着Bi离子掺杂浓度增加,样品的亮度明显增强,并在浓度为1.1%时最亮。并且所有浓度的样品在X射线下均无余辉。最后,将最优样品LaAlO:0.9%Pr,1.1%Bi制成薄膜,基于线对卡进行X射线成像,可见样品在X射线下成像的分辨率可达2.5 lp/mm。这说明样品在X射线照射下具有较高的分辨率。综上,LaAlO:Pr,BiX射线荧光粉在医学成像领域具有潜在的应用价值。