Cs4SrI6:Eu晶体的生长及性能探究

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Cs4SrI6:Eu晶体是近几年发现的一种新颖的闪烁晶体。据报道其在662ke V下的光输出为60000 ph/Me V(~8 mm~3晶体),能量分辨率达到了3.3%,闪烁性能十分优秀。且其主要原料为Cs I,熔点也仅有533℃,因此存在巨大的成本优势。Cs4SrI6晶体为K4Cd Cl6结构,属于R-3C空间群。针对Cs4SrI6目前研究的晶体尺寸都比较小,无法投入实用,国内外尚无大尺寸晶体的生长探究。本文使用布里奇曼法,经过多轮实验探究,生长出了直径为1英寸的Cs4SrI6:3%Eu晶体,并首次对Eu2+离子在晶体中的分凝系数进行了计算。晶体以Eu2+作为发光中心,存在着明显的自吸收现象,严重影响了晶体的发光性能。本文开展了一系列生长实验,探讨了Cs4SrI6:Eu晶体的自吸收影响因素,并研究了温度对晶体荧光性能的影响情况。具体研究成果概括如下:(1)通过坩埚下降炉,成功制备得到0.5英寸直径的Cs4SrI6晶体及Cs4SrI6:x%Eu晶体。对晶体的荧光和闪烁性能进行了表征。(2)通过坩埚下降法成功生长1英寸直径的Cs4SrI6:3%Eu晶体,晶体整体呈现浅绿色。荧光光谱表明晶体的发射峰位于460 nm,激发光谱为270 nm~450nm的宽峰。360 mm~3体积的晶体样品在137Cs@662 ke V的γ射线下光输出为42000 ph/Me V,能量分辨率为7.3%。g射线辐照下的衰减时间为1.86ms。通过FAAS法测得1英寸直径晶体不同位置的Eu2+离子浓度,计算出了Eu2+在Cs4SrI6晶体中的分凝系数,其值为1.136。(3)变温荧光光谱结果表明Cs4SrI6:Eu晶体的发射强度随温度上升而下降,发射峰的半峰宽FWHM随温度增长变宽。说明温度上升后晶格振动加剧,激子-声子相互作用(38)LO占据了主导地位,通过计算得到(38)LO=923 me V。并计算了晶体的热激活能(35)E=0.05 e V。(4)对生长出的不同浓度晶体的性能对比表明,晶体的自吸收随Eu2+掺杂浓度增加而加剧,导致性能下降;实验生长的Sm2+共掺的Cs4SrI6:3%Eu:0.5%Sm晶体测试结果表明晶体的性能被有效的加强,自吸收现象被抑制。说明Sm2+的共掺是解决Cs4SrI6:Eu晶体自吸收问题的可行方法。
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