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近年来,X射线成像技术在医学领域迅速发展,尤其是计算机X射线摄影技术(ComputedRadiography,CR),已经成为X射线数字成像时期的典型代表。成像板(ImagingPlate,IP)是CR技术关键元器件之一,它动态响应范围宽、成像质量高、影像存储方便;但也存在分辨率不高、成本较高的缺点有待改进。由于X-射线存储荧光粉的性质是决定IP板成像性能的主要因素之一,所以,目前的研究工作主要集中在两个方面:(一)是低成本制备分散性好、尺寸大小合适、性能优越的BaFX∶Eu2+(X=Br,Cl)荧光粉;二是开发新的存储荧光粉和成像技术。
BaFX∶Eu2+(X=Br.Cl)荧光粉被公认为是目前用于CR成像最好的存储荧光粉。这类材料主要是通过传统的高温固相法合成,虽然过程简单成熟,但获得的荧光粉颗粒尺寸较大、分布不均匀,在制成IP板过程中发光层的颗粒排列不紧密,导致荧光散射严重,使得分辨率下降。基于当前液相化学方法合成微纳米荧光粉的研究进展,本论文旨在探索BaFX∶Eu2+(X=Br,Cl)荧光粉的低温液相制备技术,发挥液相化学合成技术在控制材料的微结构、形貌等方面的优势,初步实现对BaFX∶Eu2+(X=Br,Cl)的尺寸和形貌的调控,筛选出性能优越,具有应用前景的荧光粉。
本论文系统介绍X射线成像的发展历程、计算机辐射成像(CR)原理和光激励发光(PSL)机理的研究进展;详细阐述通过混合溶剂热法、反相乳液法和混合溶剂沉淀法三种液相方法制备不同形貌、不同尺寸的BaFX∶Eu2+微纳米晶,并采用XRD、SEM、EDS、ICP、TEM、SAED、IR、Raman和PL等对所制备荧光粉的物相、形貌、形成机理及发光性能进行了深入研究。具体内容总结如下:
1、通过水和乙醇的混合溶剂热法成功制备了不同形貌和粒径的BaFBr∶Eu2+微纳米晶。研究了不同反应条件对产物的影响,初步提出了产物的形成机制。用XRD、SEM、TEM、HRTEM表征了产物的成分、结构、形貌,并重点探讨了BaFBr的形成过程。结果表明:反应温度、时间及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)用量对产物物相、形貌及粒径有显著影响,考察了BaFBr∶Eu2+微纳米晶的荧光性能。
2、以CTAB/正丁醇/水/正辛烷为反相乳液体系,合成了正方形BaFBr∶Eu2+板状颗粒和BaFCl∶Eu2+纳米薄片。用XRD、SEM、EDS、ICP、TEM、HRTEM、SAED、IR、Raman和PL对产物进行了详细表征。研究了反应物浓度、反应温度和反应时间对产物的影响,并且探讨了反应机理,测试了正方形BaFBr∶Eu2+板状颗粒和BaFCl∶Eu2+纳米片的荧光性能。结果表明,通过控制反应温度和时间可以调控正方形BaFBr∶Eu2+板状颗粒和BaFCl∶Eu2+纳米片的半径和厚度。荧光性能测试结果表明,BaFBr∶Eu2+微米盘和BaFCl∶Eu2+纳米片均有优良的发光性能,并且其荧光寿命相应比体相材料的荧光寿命短,有望能提高CR的分辨率。
3、最近研究表明,纳米级BaFBr∶Eu2+荧光粉能大大提高IP成像板的分辨率,还能用作光疗激活剂。但是目前对于合成BaFBr∶Eu2+纳米颗粒的报道还较少,关于合成BaFBr∶Eu2+纳米长方体还没见详细报道。在室温下,我们以乙醇和水为混合溶剂,不添加任何晶形调节剂,通过简单的沉淀法制备了分散均匀的BaFBr∶Eu2+纳米长方体。采用XRD、SEM、EDS、ICP、TEM、HRTEM、SAED和PL对样品进行了系统表征。结果表明,乙醇和水的比例对产物的形貌和粒径有显著影响。制备的BaFBr∶Eu2+纳米长方体在低温退火后有优异的发光性能,在X射线成像和光疗领域有广阔应用前景。同时该方法也为制备其他无机纳米颗粒提供了可借鉴的思路。