【摘 要】
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闪烁体材料是一种能够将高能粒子转化成可见光的材料。因此,在地质勘探、医学成像、空间物理等领域有巨大的应用需求。在众多的闪烁体材料中,掺铈的钆铝镓基石榴石(Ce:Gd3Ga2Al3O12简称Ce:GAGG)闪烁陶瓷因其密度大、衰减快、光输出高等优点备受关注。此外,由于共掺杂可以有效的提高陶瓷的闪烁性能,所以研究共掺杂GAGG基闪烁陶瓷具有更为重要的意义。本论文采用共沉淀法,首先制备了Ce单掺和Ce、
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闪烁体材料是一种能够将高能粒子转化成可见光的材料。因此,在地质勘探、医学成像、空间物理等领域有巨大的应用需求。在众多的闪烁体材料中,掺铈的钆铝镓基石榴石(Ce:Gd3Ga2Al3O12简称Ce:GAGG)闪烁陶瓷因其密度大、衰减快、光输出高等优点备受关注。此外,由于共掺杂可以有效的提高陶瓷的闪烁性能,所以研究共掺杂GAGG基闪烁陶瓷具有更为重要的意义。本论文采用共沉淀法,首先制备了Ce单掺和Ce、Pr双掺的GAGG粉体,对所制备的粉体进行分析,然后选取最佳工艺下制备的粉体,经过烧结获得了光学性能与闪烁性能良好的Ce:GAGG陶瓷和Ce,Pr:GAGG陶瓷。主要内容如下:（1）采用共沉淀法制备前驱体,通过热重-示差扫描量热分析了前驱体的晶型转变温度。基于X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等测试手段分析了前驱体的结构、形貌及化学键。探索了GAGG粉体的最佳制备工艺,当盐溶液浓度为0.3mol/L,沉淀剂溶液与金属离子溶液浓度比为8:1,p H等于8,在900℃煅烧保温2h时可获得最佳结构和形貌的粉体。在此基础上制备了不同Ce3+掺杂量的GAGG粉体,对Ce:GAGG粉体的结构与形貌进行了分析,通过荧光光谱、荧光寿命表征并分析了铈离子掺杂浓度对粉体发光性能的影响,结果表明,当Ce3+掺杂量为0.5%时,粉体发光强度最强,进一步增加掺杂量,发光强度下降,出现浓度猝灭现象。（2）在Ce:GAGG制备工艺的基础上,引入Pr3+制备了Ce,Pr:GAGG粉体。研究了Pr3+引入对共掺粉体结构及形貌的影响,通过荧光光谱分析了Ce,Pr:GAGG粉体的发光性能。结果表明,当固定Ce3+的掺杂浓度为0.5%,Pr3+的掺杂浓度为0.2%时,粉体的发光强度最强。通过荧光寿命计算了Ce3+-Pr3+之间能量传递效率,进而确定了Ce3+-Pr3+之间的能量传递机理为电偶极矩-电偶极矩作用。（3）以最佳条件下制备的Ce:GAGG和Ce,Pr:GAGG陶瓷粉体为原料,采用干压和冷等静压成型以常压烧结法获得了陶瓷材料。通过对陶瓷烧结制度的控制,包括烧结温度、烧结时间,可对陶瓷的晶粒尺寸和气孔进行有效调控。结果表明,当温度为1700℃,保温时间为20h时获得的Ce:GAGG陶瓷和Ce,Pr:GAGG陶瓷的致密度、晶粒尺寸及形貌皆为最佳。荧光寿命测试表明Ce:GAGG陶瓷的衰减时间为52ns,Ce,Pr:GAGG陶瓷的衰减时间为24ns。
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