lexsyg釋光探測器：富硼酸硼矽酸鹽玻璃中Ce3+發光的研究

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新型富硼酸硼矽酸鹽玻璃發光性能突破：Ce³⁺發光機製與(yu) Lexsyg儀(yi) 器的關(guan) 鍵作用

文章來源：https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.06.022

在核輻射探測領域，高性能閃爍體(ti) 材料的需求日益增長。近期，Clemson大學材料科學與(yu) 工程團隊在《Journal of Non-Crystalline Solids》發表了一項重要研究，係統的探索了高硼含量（B₂O₃:SiO₂=4.83:1至8.75:1）的硼矽酸鹽玻璃中Ce³⁺的發光特性，為(wei) 低成本、高效玻璃閃爍體(ti) 的開發提供了新方向。

研究亮點與(yu) 實驗設計

一、材料創新：
團隊通過熔融淬火法成功製備了含70 mol% B₂O₃的硼矽酸鹽玻璃，並通過調節Li₂O/Na₂O與(yu) SiO₂的比例優(you) 化玻璃網絡結構，實現了低密度（2.12–2.31 g/cm³）與(yu) 高紫外透明度（截止波長低至326 nm）。

二、關(guan) 鍵儀(yi) 器支持：
研究中，放射發光（RL）光譜的精確測量借助了Freiberg Instruments lexsyg research，其配備的鎢靶X射線管（40 kV/1 mA）與(yu) 高靈敏度CCD相機，確保了在複雜玻璃體(ti) 係中準確解析Ce³⁺發光與(yu) 缺陷發光的貢獻。

重要發現

一、Ce³⁺發光特性：

在X射線激發下，玻璃表現出明顯的Ce³⁺發光（2.7–3.6 eV），其雙峰發射源於(yu) 5d¹→4f（²F₅/₂, ²F₇/₂）躍遷（圖1）。

圖1. X射線激發下不同玻璃的RL光譜，綠色曲線為(wei) Ce³⁺發光峰

通過PL激發光譜（圖2）進一步驗證，Ce³⁺的激發峰位於(yu) 4.0–4.5 eV，與(yu) 玻璃基體(ti) 的低紫外截止波長（<350 nm）高度匹配，減少了自吸收效應。

圖2. RL強度與(yu) 紫外截止波長的負相關(guan) 性，玻璃#10表現優(you) 異

二、缺陷發光的識別：

利用Lexsyg係統的高分辨率光譜分析，研究團隊成功區分了Fe³⁺雜質（1.75 eV）和非橋氧空穴中心（NBOHC, 1.85–1.95 eV）的發光信號，為(wei) 優(you) 化玻璃純度提供了依據。

三、性能優(you) 異玻璃#10：

含1 mol% Ce₂O₃的玻璃#10（B₂O₃:SiO₂=6.07:1）展現了高度RL強度（圖5），其紫外截止波長隻有326 nm，且Ce³⁺發光效率明顯優(you) 於(yu) 其他組分，成為(wei) 潛在的高效閃爍體(ti) 候選材料。

圖3. RL強度與(yu) 紫外截止波長的負相關(guan) 性，玻璃#10表現優(you) 異。

結論與(yu) 展望

本研究通過lexsyg光譜儀(yi) 的精確測試，揭示了硼矽酸鹽玻璃中Ce³⁺發光與(yu) 缺陷的複雜相互作用（圖1-3）。高硼含量玻璃的優(you) 異紫外透明度和可調控發光特性，為(wei) 開發低成本、大尺寸輻射探測玻璃奠定了基礎。未來，團隊計劃進一步優(you) 化Ce³⁺的局域配位環境，提升發光效率與(yu) 響應速度。